JPH08327331A - トナー付着量測定装置と画像濃度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 像担持体上に付着したトナーの厚さの検出に
よってトナーの付着量を正確に測定でき、濃度制御に好
適なようにする。 【構成】 像担持体１上にスポット光を照射する照明手
段３と、像担持体１上の現像された顕像２５からの前記
スポット光の反射光を、前記顕像部に付着しているトナ
ーの厚さの違いに応じた位置に結像させる結像手段３３
と、前記反射光の結像手段３３による結像位置の違いを
検出する検出手段３４と、結像位置の違いによってトナ
ーの付着量を判定する判定手段２３とを備え、このよう
な判定に基づいて画像濃度をフィードバック制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機やレーザプリン
タ、ファクシミリ等の電子写真方式を採用した画像形成
装置に用いられる、トナー付着量測定装置および画像濃
度制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】同一の設定条件での画像形成によって
も、形成される画像の濃度は一定しない。これは現像剤
のトナー濃度変動、光学系の汚れ、あるいは供給電源の
電圧の変動と云った、各種の画像濃度パラメータの変
動、および湿度等の環境条件の変動等が影響するためで
ある。そこで従来、像担持体上で現像された顕像の濃度
を検出し、この検出結果に基づきトナーの補給や帯電電
位、あるいは現像バイアス電位等の各種画像濃度パラメ
ータをフィードバック制御するようにしている。

【０００３】例えば、米国特許第２，９５６，４８７号
明細書は、像担持体上への露光像、像担持体上の露光に
より形成された潜像、この潜像を現像した顕像のいずれ
かの画像濃度を検出し、このときの検出値と基準値とを
比較し、この比較結果に応じて画像濃度を制御するよう
にしたものを開示している。

【０００４】また、米国特許第４，０８２，４４５号明
細書は、像担持体上の非画像領域からの反射光量と顕像
基準パターンからの反射光量との差を、基準値と比較
し、この比較結果に応じてトナー補給を行うようにした
ものを開示している。

【０００５】一方、画像濃度を所定の範囲以上に保ちな
がら、トナーの消費量過多を抑えることも要求され、像
担持体上へのトナーの付着量を前記顕像からの反射光の
強度に基づいて制御することも行われている。ところ
が、トナーの付着量に対して光の吸収率は直線的には変
化せず、高付着領域でのトナーの付着量の変化に対する
反射光量の変化は僅かである。しかし、実際の画像を形
成するときに使用するトナーの付着量は高付着領域に属
し、このような領域でもトナー付着量の差に対する反射
光量の差は僅かであるので、反射光量の差によってトナ
ーの付着量を正確に制御するのは困難である。また、ト
ナー自身もある反射率を持っているので、これが濃度検
出のＳ／Ｎを悪化させる。

【０００６】これに対処するのに、所定の設定条件での
トナーの付着量を、画像濃度を設定値よりも一段落とし
て形成した、例えば通常の画像形成時の帯電電位よりも
１５０Ｖ程度落として形成した、いわゆるハーフトーン
の顕像基準パターンからの反射光の強度に基づいて、ト
ナーの付着量を判定するようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記米国特許
明細書に記載のように像担持体上に形成される顕像の濃
度を検出する方式では、像担持体の裸面の反射率が、表
面粗さの変化、膜厚の減少、トナー等によるフィルミン
グの発生等によって変動するのに影響されるので、この
ような変動に頻繁に対応する必要がある。

【０００８】また、トナーや像担持体の分光反射率の影
響を受けやすく、カラートナー等は像担持体の色調との
組み合わせにおいて測定不能となったり、著しく精度が
悪化する。

【０００９】さらに、トナー付着量が多くなると反射光
量が極めて少なくなってＳ／Ｎ比が悪化し、有効なダイ
ナミックレンジが採れなくなる。

【００１０】また、米国特許明細書に開示されているよ
うに、潜像や露光像に関する画像濃度に基づいて、像担
持体上に形成される顕像の濃度を検出するのでは、前記
したトナーに関するもの以外の問題がある。

【００１１】したがって、いずれにしても適正な濃度で
の画像形成を安定して保証することができない。

【００１２】上記ハーフトーンの顕像基準パターンから
の反射光の強度に基づいて画像濃度を判定するもので
は、ハーフトーンと作像電位が異なるため、正確な測定
ができない。

【００１３】本発明は、上記のような問題を解消するこ
とを課題とし、像担持体上に付着したトナーの厚さの検
出によってトナーの付着量を正確に測定でき、また、正
確な濃度制御が行えるトナー付着量測定装置と画像濃度
制御装置とを提供することを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、本発明のトナー付着量測定装置は、像担持
体上にスポット光を照射する照明手段と、像担持体上の
現像された顕像からの前記スポット光の反射光を、前記
顕像部に付着しているトナーの厚さの違いに応じた位置
に結像させる結像手段と、前記反射光の結像手段による
結像位置の違いを検出する検出手段と、結像位置の違い
によってトナーの付着量を判定する判定手段とを備えた
を特徴とするものである。

【００１５】また本発明の画像濃度制御装置は、像担持
体上にスポット光を照射する照明手段と、像担持体から
の前記スポット光の反射光を、像担持体上のトナー付着
が無いことや付着しているトナーの厚さの違いに応じた
位置に結像させる結像手段と、前記反射光の結像位置の
違いを検出する検出手段と、像担持体上に必要に応じて
顕像基準パターンを形成する基準パターン形成手段と、
像担持体上の非現像部からの反射光に関した結像位置
と、像担持体上の顕像基準パターンからの反射光に関し
た結像位置との差に応じて、作像系の画像濃度パラメー
タを制御する画像濃度パラメータ制御手段とを備えたこ
とを特徴とするものである。

【００１６】

【作用】本発明のトナー付着量測定装置の上記構成で
は、像担持体上の現像された顕像にスポット光を照射し
たときの反射光が、結像手段によって、光の強度の変動
や顕像の色、あるいは光の反射や吸収度合いの違い等に
は関係なく、前記顕像部に付着しているトナーの厚さの
違いに応じた位置に正確に結像させられるし、この結像
位置の違いが検出手段によって良好なＳ／Ｎ状態にて検
出され、この検出結果に基づいて判定手段がトナーの付
着量を判定するので、トナーの付着量を通常の画像形成
条件によって形成した顕像から正確に測定することがで
きる。

【００１７】本発明の画像濃度検出装置の上記構成で
は、像担持体上に照射したスポット光の反射光が、前記
トナー付着量測定装置の場合と同様に、結像手段によっ
て像担持体上のトナーの付着の有無や付着しているトナ
ーの厚さの違いに応じた位置に正確に結像させられ、こ
の結像位置の違いが検出手段によって良好なＳ／Ｎ状態
にて検出されるので、像担持体上の基準パターン形成手
段によって形成された現像による顕像基準パターンから
の反射光に関した結像位置と、像担持体上の非現像部か
らの反射光に関した結像位置との差が顕像基準パターン
のトナー付着量に正確に対応することになり、この差に
応じて画像濃度パラメータ制御手段が、作像系の画像濃
度パラメータを制御するので、通常の画像形成条件によ
って必要に応じて形成した顕像基準パターンからその時
々の画像形成が所定のトナー付着量にて安定して達成さ
れるようにすることができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明に係る第１の実施例としてのト
ナー付着量測定装置および画像濃度制御装置について説
明する。

【００１９】本実施例はレーザプリンタの場合であっ
て、図２に示すように像担持体としての感光体ドラム１
のまわりに、感光体ドラム１が回転駆動される矢印で示
す方向に従って、感光体ドラム１を所定の電位に一様に
帯電させる帯電チャージャ２、感光体ドラム１の帯電さ
れた表面に画像露光を行うレーザ発振器３、感光体ドラ
ム１の画像露光された部分を現像処理する現像器４、感
光体ドラム１上の現像された顕像を給紙部５から給紙さ
れてくる記録紙６に転写させる転写チャージャ７、感光
体ドラム１の転写後の表面の残留トナーを除去するクリ
ーナ８、および感光体ドラム１の転写後の表面の残留電
位を除去するイレーサ９が順次に配され、作像系を構成
している。

【００２０】感光体ドラム１には感光体駆動機構１０
が、帯電チャージャ２には帯電トランス１１が、レーザ
発振器３にはこれから発するレーザ光を画像信号に応じ
て変調するためのレーザ制御器１２が、現像器４には現
像バイアス電源１３が、また、イレーサ９にはイレーサ
電源１４がそれぞれ接続され、これらを中央演算装置２
１によって制御し、所定の画像濃度パラメータに基づい
て画像形成を行うようにしてある。

【００２１】転写チャージャ７が設けられる転写部に
は、転写後の記録紙６を感光体ドラム１から分離する分
離チャージャ１５が設けられ、分離後の記録紙６は定着
器１６に送られて定着処理を受け機体外に排出されるよ
うにしている。給紙部５や転写チャージャ７、分離チャ
ージャ１５、定着器１６および記録紙６の搬送機構も前
記中央演算装置２１によって動作制御される。

【００２２】感光体ドラム１のまわりにはさらに、感光
体ドラム１上の前記現像により付着されたトナーの厚さ
によりトナーの付着量を測定するためのトナー付着量検
出素子２２が設けられ、このトナー付着量検出素子２２
には画像濃度演算装置２３が接続され、トナー付着量検
出素子２２からの検出情報に基づいて所定の演算を行い
トナー付着量を判定する。この判定結果を前記中央演算
装置２１に送信して画像濃度パラメータが前記判定結果
に応じてフィードバック制御されるようにしている。画
像濃度演算装置２３は中央演算装置２１の内部機能であ
ってもよいのは勿論である。

【００２３】トナー付着量検出素子２２、画像濃度演算
装置２３、および中央制御装置２１が画像濃度制御装置
として働く前記フィードバック制御機能は、必要に応じ
た画像調整モードにて実行されるようにし、この画像調
整モード時に作像系は感光体ドラム１の上に図２に示す
ような部分的な顕像基準パターン２５を通常の画像形成
条件にて形成し、この顕像基準パターン２５について検
出されるトナー付着量に基づいて前記フィードバック制
御を行う。この場合、記録紙６は給紙されないし、転写
チャージャ７および分離チャージャ１５は働かされな
い。これによって、画像露光され現像された顕像基準パ
ターン２５はそのまま転写部を通過してトナー付着量検
出素子２２の位置に到達でき、これによるトナー付着量
の検出に供される。

【００２４】画像調整モードは、予め設定されたプログ
ラムに従った所定のタイミング、例えばレーザプリンタ
の電源投入時や、所定の記録動作回数や記録枚数を満足
する時点、あるいはジャム等のトラブル処理後の立上が
り時に等に実行されるようにしてもよいし、必要に応じ
た人の入力に基づいて行うようにしてもよい。場合によ
ってはこれら双方を採用することもできる。

【００２５】画像濃度のフィードバック制御は、画像濃
度演算装置２３からの顕像基準パターン２５に関するト
ナー付着量の判定情報に応じて、例えば帯電チャージャ
２の出力、レーザ発振器３のレーザ出力、現像器４の現
像バイアス電圧、イレーサ９の出力、現像器４のトナー
の補給等の画像濃度パラメータを中央制御装置２１によ
って制御するようにする。

【００２６】トナー付着量の検出に供された後の顕像基
準パターン２５のトナーはクリーナ８によって清掃さ
れ、電位はイレーサ９によって除去され、以降はフィー
ドバック制御された画像濃濃度パラメータにて通常の画
像形成が行われる。

【００２７】トナー付着量検出素子２２および画像濃度
演算装置２３は、図１に示すような構成を有している。
これにつき説明すると、トナー付着量検出素子２２は感
光体ドラム１上にスポット光を斜め方向から照射する半
導体レーザ３１および投光レンズ３２と、感光体ドラム
１からの反射光を、感光体ドラム１上のトナーの付着が
ないことや付着しているトナーの厚みの違いに応じた位
置に結像させる受光レンズ３３と、この結像位置の違い
を検出する光位置検出素子３４とを有している。

【００２８】感光体ドラム１に斜め方向から照射される
スポット光は、トナーの付着がない非現像部の感光体ド
ラム１の感光体表面１ａにて反射すると、光位置検出素
子３４のＢの位置に結像される。また、感光体ドラム１
上に顕像基準パターン２５が形成されてトナーが付着し
ており、この顕像基準パターン２５のトナー表面２５ａ
にて反射すると、付着しているトナーの厚みに応じて光
位置検出素子３４のＡの位置に結像される。

【００２９】なお、トナー表面２５ａでの反射は乱反射
となり光位置検出素子３４上にシャープには集光せず、
ブロードな強度分布をもって検出されるが、この強度分
布からＢの位置を特定することができる。

【００３０】要するに、感光体ドラム１および顕像基準
パターン２５の表面１ａや２５ａからの反射光は、スポ
ット光の強度の変動や、感光体ドラム１および顕像基準
パターン２５の色、あるいは光の反射や吸収度合いの違
い等には関係なく、前記顕像基準パターン２５の有無
や、これが形成されている部分に付着しているトナーの
厚さの違いに応じた光位置検出素子３４上の各位置に正
確に結像させられるし、この検出素子３４の結像位置の
違いから良好なＳ／Ｎ状態にてトナーの付着量を判定す
ることができる。この判定は、顕像基準パターン２５か
らの反射光の結像位置だけでも行えるが、顕像基準パタ
ーン２５がない感光体ドラム１表面からの反射光の結像
位置の判定情報を基準として、顕像基準パターン２５か
らの反射光の結像位置との差によりトナーの付着量を判
定するようにすると、感光体ドラム１の表面位置が変動
してもこれに対応した正確なトナー付着量の判定が行え
る。

【００３１】そこで、実際の画像調整モード時には、光
位置検出素子３４による結像位置の検出は、まず顕像基
準パターン２５が形成されない感光体ドラム１の表面に
関して行い、次いで感光体ドラム１上に形成される顕像
基準パターン２５の上面に関して行い、双方を差を前記
判定に利用するようにしている。

【００３２】光位置検出素子３４からの各回の結像位置
検出時の電気信号は、各位置に結像される反射光の強度
に応じた電気信号として各結像位置ごとに出力され、こ
れがアンプ３５を介して画像濃度演算装置２３に入力さ
れる。画像濃度演算装置２３は各回の結像位置検出時の
入力を切換えスイッチ２３ａの切換えによって順次に検
出しながら、それぞれにつき適当な時間サンプリングし
て平均化して用い、そのときにピークを示す位置を結像
位置と判定し、各結像位置の差からトナー付着量を演算
によりトナー付着量を判定し、この判定情報を中央処理
装置２１に出力し、前記トナー付着量の判定に基づいた
前記画像濃度のフィードバック制御が中央処理装置２１
によって行われるようにする。

【００３３】要するに、感光体ドラム１上の顕像基準パ
ターン２５からの反射光に関した結像位置と、感光体ド
ラム１上の非現像部からの反射光に関した結像位置との
差は顕像基準パターンのトナー付着量に正確に対応し、
この差に応じて画像濃度パラメータをフィードバック制
御するので、通常の画像形成条件によって必要に応じて
形成した顕像基準パターンからその時々の画像形成が所
定のトナー付着量にて安定して達成されるようにするこ
とができる。

【００３４】図３は本発明の第２の実施例を示し、スポ
ット光の感光体ドラム１上にトナーの付着がないこと
や、付着しているトナーの厚みの違いに応じた結像位置
の違いを、異なった方式で検出する結像位置検出装置４
１を示している。

【００３５】この結像位置検出装置４１は、図に示すよ
うに半導体レーザ４１から出射するレーザビームをコリ
メートレンズ４２と対物レンズ４３とによってスポット
光とし、感光体ドラム１の非現像部の表面１ａと、感光
体ドラム１上の形成した顕像基準パターン２５の表面２
５ａに照射し、これら表面１ａや２５ａに結像させるよ
うにする。

【００３６】これら表面１ａや２５ａからの反射光は、
対物レンズ４３およびコリメートレンズ４２を再度通っ
てハーフミラー４４にまで戻り、ここで直角に反射され
極く小さなピンホール４５を介し受光素子４６に到達す
るようにされる。

【００３７】このとき、スポット光が前記各表面１ａや
２５ａに結像しているときは、これらからの反射光はピ
ンホール４５の位置で結像してスポット径が最小となり
光量のぼほ全量がピンホール４５を通過して受光素子４
６に到達するので、受光素子４６での受光量が最大とな
る。

【００３８】一方、スポット光が前記各表面１ａや２５
ａに結像していないときは、これらからの反射光はピン
ホール４５の位置で結像せずぼやけて光量の極く一部が
ピンホール４５を通過して受光素子４６に到達するだけ
になるので、受光素子４６での受光量が極端に少なくな
る。

【００３９】したがって、受光素子４６での受光量が最
大となるように対物レンズ４３の位置を調節することに
より、スポット光を各表面１ａや２５ａに結像させるこ
とができる。

【００４０】この対物レンズ４３の位置調節は本実施例
の場合音叉４６を用いて行っているが、この音叉４６の
位置を検出する音叉位置検出センサ４７を介して結像が
得られたときの対物レンズ４３の位置を検出することに
よって、感光体ドラム１上のトナーが付着していないこ
とや、付着しているトナーの厚みの違いに応じたスポッ
ト光の結像位置の違いを検出することができ、第１の実
施例の場合と同様な作用効果を発揮することができる。
しかも、反射面１ａ、２５ａの傾きや粗さの影響を受け
ない点で第１の実施例の場合よりも優れている。

【００４１】

【発明の効果】本発明のトナー付着量測定装置によれ
ば、像担持体上の現像されスポット光を照射された顕像
からの前記スポット光の反射光が、結像手段によって、
光の強度の変動や顕像の色、あるいは光の反射や吸収度
合いの違い等には関係なく、前記顕像部に付着している
トナーの厚さの違いに応じた位置に正確に結像させられ
るし、この結像位置の違いが検出手段によって良好なＳ
／Ｎ状態にて検出され、この検出結果に基づいて判定手
段がトナーの付着量を判定するので、トナーの付着量を
通常の画像形成条件によって形成した顕像から正確に測
定することができる。

【００４２】本発明の画像濃度検出装置によれば、像担
持体上に照射したスポット光の反射光が、前記トナー付
着量測定装置の場合と同様に、結像手段によって像担持
体上のトナーの付着の有無や付着しているトナーの厚さ
の違いに応じた位置に正確に結像させられ、この結像位
置の違いが検出手段によって良好なＳ／Ｎ状態にて検出
されるので、像担持体上の基準パターン形成手段によっ
て形成された現像による顕像基準パターンからの反射光
に関した結像位置と、像担持体上の非現像部からの反射
光に関した結像位置との差が顕像基準パターンのトナー
付着量に正確に対応することになり、この差に応じて画
像濃度パラメータ制御手段が、作像系の画像濃度パラメ
ータを制御するので、通常の画像形成条件によって必要
に応じて形成した顕像基準パターンからその時々の画像
形成が所定のトナー付着量にて安定して達成されるよう
にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すトナー付着量測定
装置の構成図である。

【図２】図１の装置を利用した画像濃度制御を行うプリ
ンタの概略構成図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示すトナー付着量測定
装置の構成図である。

【符号の説明】

１ 感光体ドラム ３ レーザ発振器 ２１ 中央処理装置 ２２、４０ トナー付着量検出素子 ２３ 画像濃度演算装置 ２５ 顕像基準パターン １ａ、２５ａ 表面 ３３ 受光レンズ ３４ 光位置検出装置 ４１ 半導体レーザ ４３ 対物レンズ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 像担持体上にスポット光を照射する照明
   手段と、像担持体上の現像された顕像からの前記スポッ
   ト光の反射光を、前記顕像部に付着しているトナーの厚
   さの違いに応じた位置に結像させる結像手段と、前記反
   射光の結像手段による結像位置の違いを検出する検出手
   段と、結像位置の違いによってトナーの付着量を判定す
   る判定手段とを備えたことを特徴とするトナー付着量測
   定装置。
2. 【請求項２】 像担持体上にスポット光を照射する照明
   手段と、像担持体からの前記スポット光の反射光を、像
   担持体上のトナー付着が無いことや付着しているトナー
   の厚さの違いに応じた位置に結像させる結像手段と、前
   記反射光の結像位置の違いを検出する検出手段と、像担
   持体上に必要に応じて顕像基準パターンを形成する基準
   パターン形成手段と、像担持体上の非現像部からの反射
   光に関した結像位置と、像担持体上の顕像基準パターン
   からの反射光に関した結像位置との差に応じて、作像系
   の画像濃度パラメータを制御する画像濃度パラメータ制
   御手段とを備えたことを特徴とする画像濃度制御装置。