JPH0950154A - 画像測定方法、画像測定装置、及びセンサユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 感光体等の像担持体上に形成された画像のト
ナー量はもとより、画像の形成状態までをも検出するこ
とが可能でしかも構成が簡単な画像測定方法、画像測定
装置及びセンサユニットを提供することを主たる目的と
する。 【構成】 請求項１に記載の画像測定方法は、平行光を
被測定画像に照射し、その反射光を集光光学系に入射さ
せ、その反射光の前記集光光学系による無限遠焦点位置
近傍を含む領域で複数箇所の反射光量の測定値から、被
測定画像の形成状態を測定するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子写真方式による
白黒又はカラーの複写機やプリンタ等の画像形成装置に
おいて、感光体ドラム等の像担持体上に形成された画像
の濃度や画像の形成状態等を測定するための画像測定方
法、画像測定装置及びセンサユニットに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記電子写真方式による白黒又は
カラーの複写機等の画像形成装置においては、感光体ド
ラム等の像担持体の表面を一様に帯電した後、画像を露
光して画像情報に応じた静電潜像を形成し、この静電潜
像を現像することによって画像を形成するように構成さ
れている。その際、カラー電子写真装置の場合には、一
様帯電、画像露光や現像工程等を所定の色数分だけ繰り
返すことによって、カラー画像の形成が行われる。上記
カラー電子写真装置等には、画像を形成する一様帯電、
画像露光や現像工程等を実行する構成要素の中に、感光
体の帯電特性、画像露光を行う光源の出力強度、現像器
の現像バイアス電圧や現像剤の帯電特性等のように、環
境や経時変化に対して不安定な要素があり、これらの構
成要素の特性が変動すると、特に中間調画像の画質や濃
度が変化し易い。上記カラー電子写真装置では、特に中
間調画像において１色でも画像濃度が変化すると、複数
の色を重ね合わせた画像の色調が変動してしまい、所定
の色調の画像を再現することができなくなるためしばし
ば問題となり、中間調画像の濃度変動を制御する方法に
ついて、種々の提案がなされている。

【０００３】かかる中間調画像の濃度制御に関する技術
としては、例えば、特開昭６４−３５４６６号公報に開
示されたものがある。この特開昭６４−３５４６６号公
報に係るトナー濃度制御装置は、感光体上に任意のパタ
ーンを形成し、そのパターン濃度と読み取りトナー濃度
を制御するトナー濃度制御装置において、パターン濃度
を読み取る濃度センサを、１つの発光部と、その発光部
に対して異なる角度に設置された複数の受光部とから構
成したものである。

【０００４】さらに、この提案に係る技術について説明
すると、上記トナー濃度制御装置は、感光体上に現像さ
れた基準パターンに対し、感光体表面で吸収量の少ない
例えば８００〜２０００ｎｍ付近の波長の検出光をあ
て、その反射光量の大きさにより基準パターンの濃度を
測定するものである。その際、上記反射光は、トナーに
より反射される拡散反射成分と、トナーがない部分で感
光体表面によって反射される正反射成分とからなる。

【０００５】図１９は上記提案に係る方法によって、感
光体上のトナー量を濃度センサで測定した場合の出力特
性を表したものである。一般に、トナー量の少ないハイ
ライト領域では、正反射成分がトナー量に応じて急激に
低下するため、正反射成分の出力によってトナー量を測
定するのが精度の点から望ましい。しかしながら、トナ
ー量の多い領域では、正反射成分に対して拡散反射成分
が増加するため、正反射成分の出力は、トナー量の多い
領域では変化率が低下してしまい、トナー量との対応関
係が成立しなくなる。そのため、トナー量の多い領域で
は、第２の受光部による拡散反射成分の出力を用いてト
ナー量を検出する方法が用いられている。また、正反射
成分を検出するための受光部の受光面にピンホール等を
配置して、拡散反射成分が正反射成分検出用の受光部に
入射する量を最小限にすれば、トナー量の多い領域での
検出精度を、図２０に示すように改善することができ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
の場合には、次のような問題点を有している。すなわ
ち、上記特開昭６４−３５４６６号公報に係る装置の場
合には、トナー量の多い領域での検出精度を上げるた
め、正反射成分を検出するための受光部の受光面にピン
ホール等を配置して、拡散反射成分が正反射成分検出用
の受光部に入射する量を最小限にする必要があるが、こ
の場合には、ピンホールと入射光軸を精度良く一致させ
る必要があるため、濃度センサの組立て等に高い精度が
要求されるという問題点があった。また、上記提案に係
る装置の場合には、正反射成分と拡散反射成分を精度良
く分離して検出精度を更に向上させようとすると、正反
射成分検出用の受光部に入射する入射光路を長くする必
要があるため、装置の大型化を招くという問題点もあっ
た。さらに、上記提案に係る装置の場合には、任意のパ
ターンのトナー像が形成される感光体に、偏心等の影響
により位置変動があると、正反射成分検出用の受光部に
入射する光量が急激に低下するため、トナー濃度の検出
精度が低下し、濃度センサと感光体との相対位置が変化
すると、安定したトナー濃度の測定が不可能になるとい
う問題点をも有している。

【０００７】また、上記提案に係る装置の場合には、上
記のように、感光体上のトナー量を測定することで濃度
変動を検知し、適当なパラメータを選んで濃度を制御す
ることが主に行われる。そのときのパラメータは、画像
露光を行う光源の強度であったり、感光体ドラムの帯電
電位であったりするわけだが、必ずしも本質的な濃度変
動の原因を掴んで制御していたわけではないので、中間
調画像の濃度を精度良く制御することができないという
問題点があった。その理由の１つとしては、感光体上の
トナー量を測定することはできても、感光体上に形成さ
れる画像の形成状態を測定することができ、且つ十分小
型で高精度なセンサがなかったことが挙げられる。

【０００８】さらに説明すると、上記感光体上に形成さ
れる中間調画像の画質は、単に画像濃度つまりトナー量
のみによって決定されるわけではなく、細線画像やドッ
ト画像の広がりや乱れ等によっても決定される。ところ
が、上記提案に係る装置の場合には、感光体上に形成さ
れた画像のある面積の平均的な濃度を測定しているに過
ぎないため、細線画像やドット画像の広がりや乱れ等を
検出することはできず、ましてこれらの細線画像やドッ
ト画像の広がりや乱れ等が如何なる画像形成パラメータ
に起因するものかを識別した状態で検出することができ
ず、中間調画像の濃度を精度良く制御することができな
いものであった。

【０００９】ところで、中間調画像の濃度を精度良く制
御可能とするため、画像の濃度以外に細線画像やドット
画像の広がりや乱れ等をも検出するには、感光体上に形
成された画像をビデオカメラ等を用いて撮影し、このビ
デオカメラ等によって撮影された画像を、フーリエ変換
等を行って画像の形成状態を解析する画像解析装置を用
いて解析することも考えられる。

【００１０】しかし、この場合には、画像の形成状態を
検出する装置の構成が非常に複雑となり、装置が非常に
大型化するとともにコスト高となるばかりか、検出され
た画像の形成状態を解析するには、ある程度の時間が必
要とされるため、感光体上に形成された画像の形成状態
を直ちに検出して、この検出された画像の形成状態をカ
ラー電子写真装置等の画像形成パラメータにフィードバ
ックして、中間調画像の濃度を精度良く制御することが
できないという別の問題点もを有している。

【００１１】そこで、この発明は、上記従来技術の問題
点を解決するためになされたもので、その目的とすると
ころは、感光体等の像担持体上に形成された画像のトナ
ー量はもとより、画像の形成状態までをも検出すること
が可能でしかも構成が簡単な画像測定方法、画像測定装
置及びセンサユニットを提供することにある。

【００１２】また、この発明の他の目的とするところ
は、像担持体と光量検出部との相対的な位置が変化した
場合でも、安定した精度の良い濃度測定が可能な画像測
定方法、画像測定装置及びセンサユニットを提供するこ
とにある。

【００１３】さらに、この発明の他の目的とするところ
は、画像の形成状態を検出して、この検出された画像の
形成状態を画像形成装置にフィードバックして、画像の
形成状態を決定するパラメータを制御することを可能と
する画像測定方法、画像測定装置及びセンサユニットを
提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に記
載の画像測定方法は、平行光を被測定画像に照射し、そ
の反射光を集光光学系に入射させ、その反射光の前記集
光光学系による無限遠焦点位置近傍を含む領域で複数箇
所の反射光量の測定値から、被測定画像の形成状態を測
定するようにしたことを特徴とする画像測定方法であ
る。

【００１５】また、この発明の請求項２に記載の画像測
定方法は、測定された被測定画像の形成状態から被測定
画像を形成した画像形成手段の異常を分析するようにし
たことを特徴とする請求項１記載の画像測定方法であ
る。

【００１６】さらに、この発明の請求項３に記載の画像
測定方法は、前記反射光量の検出部による複数箇所の光
量検出値として、少なくとも前記集光光学系の無限遠焦
点位置近傍での光量測定値を用いることを特徴とする請
求項１又は請求項２記載の画像測定方法である。

【００１７】また更に、この発明の請求項４に記載の画
像測定装置は、被測定画像に平行光を照射する平行光光
源と、前記平行光光源による平行光の照射により生じた
被測定画像からの反射光を集光する集光光学系と、前記
集光光学系の無限遠焦点位置近傍を含む領域で複数箇所
の光量を検出する光量検出部と、前記光量検出部による
複数箇所での反射光量の検出値から被測定画像の形成状
態を測定する測定手段と、からなることを特徴とする画
像測定装置である。

【００１８】更に、この発明の請求項５に記載の画像測
定装置は、前記平行光光源が、被測定画像を照射する光
を発生する発光源と、前記発光源からの発光光を平行化
する平行光学系とからなることを特徴とする請求項４記
載の画像測定装置である。

【００１９】さらに又、この発明の請求項６に記載の画
像測定装置は、被測定画像を照射する光を発生する発光
源と、前記発光源からの発光光を平行化するとともにそ
の平行光の照射により生じた被測定画像からの反射光を
集光する集光光学系と、前記集光光学系の無限遠焦点位
置近傍を含む領域で複数箇所の光量を検出する光量検出
部と、前記光量検出部による複数箇所での反射光量の検
出値から被測定画像の形成状態を測定する測定手段と、
からなることを特徴とする画像測定装置である。

【００２０】また、この発明の請求項７に記載の画像測
定装置は、前記発光源が、コヒーレント光源からなるこ
とを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載
の画像測定装置である。

【００２１】さらに、この発明の請求項８に記載の画像
測定装置は、前記光量検出部は光量分布を測定可能な複
数の受光部から構成され、前記測定手段は前記光量検出
部による複数箇所での反射光量分布から被測定画像の形
成状態を測定することを特徴とする請求項４乃至請求項
７のいずれかに記載の画像測定装置である。

【００２２】又さらに、この発明の請求項９に記載の画
像測定装置は、前記光量検出部は一体化されたｎ次元受
光素子（ｎ＞１）からなり、前記測定手段は該ｎ次元受
光素子での受光位置に応じた検出値を当該箇所での光量
として被測定画像の形成状態を測定することを特徴とす
る請求項４乃至請求項８のいずれかに記載の画像測定装
置である。

【００２３】さらに、この発明の請求項１０に記載の画
像測定装置は、前記測定手段により測定された被測定画
像の形成状態から、被測定画像を形成した画像形成手段
の異常を分析する分析手段を備えたことを特徴とする請
求項４乃至請求項９のいずれかに記載の画像測定装置で
ある。

【００２４】また、この発明の請求項１１に記載の画像
測定装置は、前記光量検出部による複数箇所の光量検出
値として、少なくとも前記集光光学系の無限遠焦点位置
近傍での光量測定値を用いることを特徴とする請求項４
乃至請求項１０のいずれかに記載の画像測定装置であ
る。

【００２５】更に、この発明の請求項１２に記載のセン
サユニットは、被測定画像を照射する発光源と、前記発
光源からの発光光を平行化するとともにその平行光の照
射により生じた被測定画像からの反射光を集光する集光
光学系と、前記集光光学系の無限遠焦点近傍に配置さ
れ、前記光学系を透過した後の被測定画像からの反射光
を複数箇所で検出する受光素子とからなり、前記発光
源、集光光学系及び受光素子が一体的に形成されてなる
ことを特徴とするセンサユニットである。

【００２６】

【作用】この発明の請求項１乃至請求項３に記載の画像
測定方法は、これらの画像測定方法に記載された通りの
作用を有するものである。

【００２７】また、この発明の請求項４に記載の画像測
定装置では、まず、平行光光源から出射された光が、集
光光学系によって被測定画像に照射される。そして、被
測定画像によって散乱された光は、集光光学系に入射
し、この集光光学系の無限遠焦点位置近傍を含む領域に
設置された光量検出部へ導かれる。一方、被測定画像に
よって散乱されずに正反射された光は、平行光のまま集
光光学系に入射し、この集光光学系によって集光され、
光量検出部上の光源と共役な位置に導かれる。

【００２８】ここで、上記光量検出部は、集光光学系の
無限遠焦点位置近傍を含む領域で複数箇所の光量を検出
するように構成されているので、被測定画像によって散
乱された光以外にも、被測定画像によって散乱されずに
正反射された光をも、当該光量検出部上の異なった位置
で検出することにより、多くの画像情報を得ることが可
能となる。

【００２９】先ず、上記光量検出部には、発光部と共役
な位置に正反射光が入射し、それ以外の領域には拡散反
射光が入射する。また、上記光量検出部としては、例え
ば、１次元又は２次元の分割センサを用いることがで
き、被測定画像によって散乱されずに正反射された光
は、平行光のまま集光光学系に入射し、この集光光学系
によって集光され、光量検出部上の光源と共役な位置に
導かれるため、正反射光に対する受光部の面積を光源の
面積と同様に微小の面積に設定して、拡散反射光と確実
に分離することができ、特に高濃度部分でのトナー濃度
の検出能力が優れている。さらに、拡散反射成分を平行
光線束により分割して測定することによって、集光光学
系が部分コヒーレントとなるため、パワースペクトルの
検出も可能となる。

【００３０】また、被測定画像を集光光学系の無限遠焦
点位置に配置することにより、拡散反射光と正反射光
は、集光光学系の異なった部分を通過した後、平行化さ
れるため、互いに交わらない。したがって、光量検出部
上で正反射光と拡散反射光が一致することはない。つま
り、正反射光と拡散反射光は、常に光量検出部上の異な
る位置に入射し、互いに干渉し合うことがない。従っ
て、この発明によれば、センサーユニットと被測定画像
の相対的な位置が変動した場合でも、ある一点における
正反射光と拡散反射光は、集光光学系の異なった位置を
通過した後、概略平行になっている。そのため、正反射
光と拡散反射光は、光量検出部上でほとんど一致せず、
光量検出部の出力変動はほとんどなく、安定した精度の
良い出力を得ることができる。

【００３１】さらに、この発明の請求項７に記載されて
いるように、発光源としてコヒーレント光源を用いるこ
とで、前記光量検出部は、光学的フーリエ変換面として
与えられ、画像のパワースペクトルを得ることができ
る。このパワースペクトルを解析することで、現像像の
乱れや程度、その変動要因を把握することができ、適切
な処置を行うことが可能となる。

【００３２】また、この発明の請求項１０に記載の画像
測定装置は、測定手段により測定された被測定画像の形
成状態から、被測定画像を形成した画像形成手段の異常
を分析する分析手段を備えているので、この分析手段に
よって画像形成手段の異常を分析することができる。

【００３３】さらに、この発明の請求項１２に記載のセ
ンサユニットは、発光源、集光光学系及び受光素子が一
体的に形成されているので、上記の作用を有する画像測
定装置をユニット化して小型に構成することができる。

【００３４】

【実施例】以下にこの発明を図示の実施例に基づいて説
明する。

【００３５】図１はこの発明に係る画像測定装置の一実
施例を示すものである。

【００３６】同図において、１は光源を示すものであ
り、この光源１としては、例えば、７８０ｎｍあるいは
これよりも長い波長のコヒーレント光（干渉可能な光）
であるレーザービームを出射する半導体レーザが用いら
れる。このコヒーレント光源１は、凸レンズからなる集
光光学系２の物体側無限遠焦点面即ち集光光学径２の焦
点距離ｆの位置における平面上に配置されており、前記
コヒーレント光源１から出射された発散光は、集光光学
系２によって平行化されて、像担持体としての感光体３
上に照射される。ここで、「焦点」とは、周知のよう
に、光軸に平行に入射した光線が光軸と交わる点、又は
その点から出た光線が光学系を通過したのちに光軸に平
行に進むような点のことをいい、前者は像側焦点、後者
は物体側焦点と呼ばれるが、物体側焦点および像側焦点
は、それぞれ像空間および物空間の無限遠点に共役な点
である。そのため、ここでは、集光光学系２の「焦点」
を「無限遠焦点」と呼び、この「無限遠焦点」が存在す
る集光光学系２の光軸に直交する平面を「無限遠焦点
面」と称する。尚、上記コヒーレント光源１は、集光光
学系２の物体側無限遠焦点面上に配置されるが、必ずし
も物体側無限遠焦点面に正確に一致して配置する必要は
なく、物体側無限遠焦点面の光軸方向に沿った位置の近
傍に配置するように構成しても良い。

【００３７】また、上記感光体３としては、例えば、カ
ラー複写機やプリンタ等のカラー画像形成装置のドラム
状やベルト状に形成された感光体が用いられ、この感光
体３上には、カラー画像の形成を行うプロセス以外のタ
イミングで画像の測定を行う際に、所定の濃度（例え
ば、中間調濃度）のテスト画像が所定のパターンで形成
される。このテスト画像は、カラー画像形成装置が有す
る画像形成条件に応じて、例えば、図４（Ａ）に示すよ
うな万線スクリーンや網点スクリーン等の所定の画像構
造で形成されるものである。また、上記テスト画像は、
中間調等の一種類の濃度の画像を形成するのではなく、
必要に応じて低濃度、中間調濃度、高濃度等複数の濃度
あるいは条件にわたって形成するようにしても良い。

【００３８】さらに、上記感光体３は、集光光学系２の
像側無限遠焦点位置に配置されており、当該感光体３か
らの正反射光は、図１に示すように、平行光のまま集光
光学系２に再度入射し、集光光学系２の物体側無限遠焦
点面即ち集光光学径２の焦点距離ｆの位置における平面
上に配置された光量検出部としての光センサー５に導か
れる。その際、上記感光体３からの正反射光は、平行光
のまま集光光学系２に再度入射し、この集光光学系２に
よって集光されて、当該集光光学系２の物体側無限遠焦
点面上に配置された光センサー５に導かれるため、この
光センサー５上に正反射光が集光される位置は、コヒー
レント光源１と共役な略点状の位置となる。

【００３９】一方、上記感光体３にテスト画像のトナー
が存在する場合には、集光光学系２によって平行化され
た光は、図１に示すように、感光体３上に形成されたテ
スト画像のトナー４によって散乱され、このトナー４に
よって散乱された拡散反射光は、広がった状態で集光光
学系２に再度入射し、この集光光学系２によって若干絞
られた状態で、光センサー５上に広い面積に渡って略均
一に照射される。

【００４０】ここで、上記集光光学系２の物体側無限遠
焦点面上に配置された光センサー５は、図２に示すよう
に、感光体３上で正反射された正反射光の光量を検出す
る直径の小さな領域Ａ１の第１の検出部５ａと、この正
反射光の光量の広がりを検出する直径が第１の検出部５
ａよりも大きさな領域Ａ２の第２の検出部５ｂと、感光
体３上に形成されたテスト画像が所定の画像構造を有す
る場合に、正反射光に対して所定の距離だけ離れた位置
にそれぞれ照射される側帯の反射光を検出するための２
つの領域Ｂの第３の検出部５ｃ、５ｃと、これらの第１
乃至第３の検出部５ａ〜５ｃ以外の領域に略均一に照射
される背景部の光をするための平面正方形状の領域Ｃの
第４の検出部５ｄとを有するように構成されている。上
記光センサー５としては、上記のごとく第１乃至第４の
検出部５ａ〜５ｄに区分されたシリコンフォトダイオー
ドからなるものが用いられる。しかし、これに限定され
るものではなく、光センサー５としては、図３に示すよ
うに、図２に示す第１乃至第４の検出部５ａ〜５ｄを含
むように、水平方向に沿って直線状に配置された１次元
あるいは２次元のＣＣＤセンサー１０等や、第１乃至第
４の検出部に区分されたＳＰＤ素子等を用いても良い。

【００４１】ここで、図１及び図 において、各種のパ
ラメータは、以下の通りである。 集光光学系２の焦点距離 …… ｆ（ｍｍ） 半導体レーザーの波長 …… λ（ｍｍ） 像面上スクリーンピッチ …… ｄ（μｍ）

【００４２】この場合、光センサー５の表面に相当する
像面上の像高ｈは、 ｈ＝ｆ・ｔａｎθ で表されるが、この実施例における集光光学系２の実効
的な開口値（ＮＡ値）は非常に小さく設定されており、 ｔａｎθ＝θ＝ｓｉｎθ とみなして差し支えない。即ち、光センサー５面と感光
体３は、互いに光学的フーリエ変換面とみなされる条件
を満足している。

【００４３】この場合、上記感光体３上でｄ（μｍ）周
期の正弦波像は、光学フーリエ変換面即ち光センサー５
面上では主光線から、 Ｄ＝ｆ×λ／２ｄ×１０^-3 （ｍｍ） の位置にスペクトルとして現れるので、図４（Ｂ）及び
図２（Ａ）に表示されるようなスペクトル分布を持つ。
このスペルトルに対応する光センサー５面に図２（Ｂ）
の形態をもつ複数個の受光領域Ｂをもつ受光部５ｃを配
置することで、感光体３上のトナー４像のスペクトルを
検出することができる。

【００４４】すなわち、上記感光体３上に形成された図
４（Ａ）に示すような万線スクリーン構造の画像は、理
想的には図５（Ａ）に示すようなステップ状の濃度分布
を持つが、現実的には、画像形成条件の変動等によって
図５（Ｂ）に示すようなｄ（μｍ）周期の正弦波像によ
って近似できる濃度分布を持つことになる。この図５
（Ｂ）に示すようなｄ（μｍ）周期の正弦波像を光学的
にフーリエ変換すると、図４（Ｃ）に示すように、中央
部にｄ（μｍ）周期の正弦波像の平均濃度に相当するピ
ークが現れるとともに、この中央部のピーク信号の両側
に上記の式で与えられる距離Ｄだけ離れた位置に、正弦
波像の周期に対応した２つの側帯のピークが現れる。

【００４５】以上の構成において、この実施例に係る画
像測定装置では、次のようにして、感光体等の像担持体
上に形成された画像のトナー量はもとより、画像の形成
状態までをも検出することが可能であり、しかも像担持
体と検出部との相対位置が変化した場合にも、安定した
精度の良い濃度測定が可能となっている。また、この実
施例では、画像の形成状態を検出して、この検出された
画像の形成状態を直ちにフィードバックして、画像の形
成状態を決定するパラメータを制御することが可能とな
っている。

【００４６】すなわち、この実施例では、まず、画像の
測定に先立って、感光体３上に所定の濃度（例えば、中
間調濃度）のテスト画像が、例えば、図４（Ａ）に示す
ような万線スクリーン構造で形成される。次に、コヒー
レント光源１からは、図１に示すように、レーザービー
ムからなる発散光ＬＢが照射され、このコヒーレント光
源１から出射された発散光ＬＢは、集光光学系２によっ
て平行化されて、感光体３上に照射される。そして、上
記感光体３の表面によって正反射された正反射光は、平
行光のまま集光光学系２に再度入射し、この集光光学系
２によって図２に示すように光センサー５の第１の受光
部５ａ上に導かれる。一方、上記感光体３上にテスト画
像のトナー４が存在する場合には、集光光学系２によっ
て平行化された光は、感光体３上に形成されたテスト画
像のトナー４によって散乱され、このトナー４によって
散乱された拡散反射光は、図１に示すように、広がった
状態で集光光学系２に再度入射し、この集光光学系２に
よって若干絞られた状態で、光センサー５上の第４の受
光部に広い面積に渡って略均一に照射される。

【００４７】また、この実施例では、図４に示すよう
に、感光体３上に形成されたテスト画像が、スクリーン
ピッチｄ（μｍ）の万線スクリーン構造を有する。ま
た、上記光センサー５面と感光体３は、上述したよう
に、互いに光学的フーリエ変換面とみなされる。そのた
め、上記万線スクリーン構造を有するテスト画像によっ
て散乱される光は、図４（Ｂ）（Ｃ）に示すように、光
センサー５の中央部５ａに照射されるＤＣ成分と、この
感光体３上でｄ（μｍ）周期の正弦波像は、光学フーリ
エ変換面即ち光センサー５面上では主光線であるＤＣ成
分から、Ｄ＝ｆ×λ／２ｄ×１０^-3（ｍｍ）だけ離れた
位置にスペクトルとして現れる。そして、これらのスペ
ルトルに対応する光センサー５面には、図２（Ｂ）の形
態をもつ複数個の受光素子５ａ〜５ｄが配置されている
ため、感光体３上のトナー４像のスペクトルを検出する
ことができる。

【００４８】図６は感光体表面が光軸方向にデフォーカ
スした場合のこの発明の効果を模式的に表すものであ
る。上記感光体３は、集光光学系２の像側無限遠焦点位
置に配置されているため、図に点線で示されている正反
射光は、集光光学系２により物体側無限遠焦点面上で実
線で示されたデフォーカスのない場合の正反射光と光セ
ンサー５上で一致する。一方、一点鎖線で表される拡散
反射光は、集光光学系２によって正反射光と平行に進む
ため光センサー５上で正反射光と一致することはない。
従って、この発明の実施例によれば光センサー５上で正
反射光と拡散反射光は異なった位置に受光されるためト
ナー量測定装置としてデフォーカスフリーを実現してい
る。

【００４９】また、この実施例では、光源１がコヒーレ
ント光源であり、感光体３の表面では、正反射成分が強
く拡散反射成分が弱いため、この実施例に用いられる集
光光学系２は、部分コヒーレント光学系と考えることが
でき、集光光学系２に対して光センサー５は、感光体３
表面の光学的フーリエ変換面として与えられる。このよ
うに、集光光学系２のコヒーレンシーが高く、しかも感
光体３上のテスト画像が図４（Ａ）に示すようなスクリ
ーン構造を有する場合には、光センサー５表面での光強
度分布は、図４（Ｂ）に示すように、中央部のＤＣ成分
と、その両側のスクリーンの空間周波数成分とからな
り、図４（Ｂ）の線分ａ−ａ’上における光強度分布
は、図４（Ｃ）に示すようになる。これは、感光体３上
に形成されたテスト画像のパワースペクトルであり、中
央部はＤＣ成分即ち平均トナー量に対応した値であり、
両側の側帯はスクリーンの持つ空間周波数スペクトルに
対応している。

【００５０】これらの光強度分布を検出する光センサー
５は、上述したように、図２に示すように、第１乃至第
４の受光部５ａ〜５ｄに分割されている。上記光センサ
ー５の第１の受光部５ａは、ＤＣ成分のみを検出し、第
２の受光部５ｂは、第１の受光部５ａの低周波数の側帯
波を検出し、第３の受光部５ｃは、スクリーン構造のパ
ワースペクトルを検出し、第４の受光部５ｄは、領域Ａ
１、Ａ２、Ｂ以外の成分を検出するためのものである。

【００５１】上記感光体３上に形成された画像に像の乱
れが発生していなければ、各領域に対応する出力は、図
７に示すように、万線スクリーンの面積率に応じて変化
する。上記光センサー５における第１の受光部５ａの出
力は、従来のトナー濃度検出装置における正反射光量と
一致している。また、第２の受光部５ｂの出力等は、電
子写真方式のカラー画像形成装置において、感光体３上
の画像構造に応じて変化する。ここで、上記電子写真方
式のカラー画像形成装置において、感光体３上の画像構
造にかかわるパラメータとしては、 1) 感光体帯電電位 Ｖ_H （ｖｏｌｔ） 2) 露光後電位 Ｖ_L （ｖｏｌｔ） 3) バイアス電位 Ｖ_B （ｖｏｌｔ） 4) 現像剤トライボ値 Ｔ_R （クーロン／ｇ） 5) 現像剤トナー濃度 Ｔ_C （％） 等が挙げられる。

【００５２】この実施例によれば、上記1)〜5)の各パラ
メータに異常が発生した場合の検出が可能となる。ここ
では簡単のため、上記1)〜3)のパラメータから、図８に
示すように、現像コントラストＶ_D 及びクリーニングフ
ィールドＶ_C を次のように定義する。 6) 現像コントラスト Ｖ_D ＝Ｖ_B −Ｖ_L 7) クリーニングフィールド Ｖ_C ＝Ｖ_H −Ｖ_B このとき、各パラメータが光センサー５の各受光部５ａ
〜５ｄの出力に与える影響の大きさをまとめたものが図
９である。

【００５３】いま、現像コントラストＶ_D の変動があ
り、3)バイアス電位、4)現像剤トライボ値、 5) 現像剤
トナー濃度、 7) クリーニングフィールド等のパラメー
タに変化がない場合、光センサー５の出力中最も影響を
受けるのは、ＤＣ成分（光センサー５ａの出力Ａ１）お
よびスクリーンスペクトル（光センサー５ｂの出力Ｂ）
であり、図１０に表すような結果となる。また、光セン
サー５の出力Ａ２、Ｃへの影響は少ないことが分かる。

【００５４】同様に、クリーニングフィールドＶ_C の変
動に対しては、図１１に示すように、光センサー５ｄの
出力Ｃが最も影響を受け、光センサー５ａの出力Ａ１も
低濃度部分で影響を受けることが分かる。

【００５５】また、現像剤トライボ値Ｔ_R の変動に対し
ては、図１２に示すように、光センサー５ｃの出力Ｂ特
に中濃度領域に大きく影響し、光センサー５ａの出力Ａ
の高濃度領域でも若干影響を受けることがわかる。即
ち、現像剤トライボ値Ｔ_R が正常な場合には、図１３
（Ａ）に示すように、フーリエスペクトルの側波帯のピ
ークが高くなるのに対して、現像剤トライボ値Ｔ_R が異
常な場合には、図１３（Ａ）に示すように、フーリエス
ペクトルの側波帯のピークが低くなる。

【００５６】さらに、現像剤トナー濃度Ｔ_C の変動は、
図１４に示すように、光センサー５ａの出力Ａ１への影
響が大きく、光センサー５ｂの出力Ａ２へも若干影響
し、光センサー５ｃの出力Ｂへも影響するが、この光セ
ンサー５ｃの出力Ｂへの影響は、現像コントラストＶ_D
の出力Ｂへの影響程は大きくないため、現像剤トナー濃
度Ｔ_C の変動と現像コントラストＶ_D の変動との変動要
因を識別することが可能となる。

【００５７】そこで、上記光センサー５の各受光部５ａ
〜５ｄからの出力の変動をＣＰＵ等の制御回路あるいは
ハード回路の比較器等を用いて自動的に検出することに
よって、画像の形成状態を自動的に分析することが可能
となる。

【００５８】図１５は、上記ＣＰＵ等からなる制御回路
の分析動作を示すフローチャートである。

【００５９】まず、光センサー５の受光部５ａの出力Ａ
１と基準値の差は、所定の範囲内にあるか否かが判別さ
れ（ステップ１）、受光部５ａの出力Ａ１と基準値の差
が所定の範囲内である場合には、受光部５ｃの出力Ｂと
基準値の差は、所定内にあるか否かが判別され（ステッ
プ２）、受光部５ｃの出力Ｂと基準値の差が所定の範囲
内にある場合には、再度ステップ１に戻り、受光部５ｃ
の出力Ｂと基準値の差が所定の範囲内にない場合には、
現像トライボの不良と判断される（ステップ３）。

【００６０】また、上記光センサー５の受光部５ａの出
力Ａ１と基準値の差が所定内でない場合には、受光部５
ｃの出力Ｂと基準値の差は、所定内にあるか否かが判別
され（ステップ４）、受光部５ｃの出力Ｂの出力と基準
値の差が所定内にない場合には、現像コントラストの異
常と判断される（ステップ５）。一方、上記光センサー
５の受光部５ｃの出力Ｂと基準値の差が所定の範囲内に
ある場合には、受光部５ｄの出力Ｃと基準値の差が、所
定の範囲内にあるか否かが判別され（ステップ６）、受
光部５ｄの出力Ｃと基準値の差が所定内にない場合に
は、クリーニングフィールドの異常と判断される（ステ
ップ７）。

【００６１】さらに、上記光センサー５の受光部５ｄの
出力Ｄと基準値の差が所定の範囲内にある場合には、受
光部５ｂの出力Ａ２と基準値の差は、所定の範囲内にあ
るか否かが判別され（ステップ８）、受光部５ｂの出力
Ａ２と基準値の差が所定の範囲内にない場合には、トナ
ー濃度の異常と判断される（ステップ９）。また、受光
部５ｂの出力Ａ２と基準値の差が所定の範囲内にある場
合には、再度ステップ１に戻る。

【００６２】このように、上記光センサー５の各受光部
５ａ〜５ｄからの出力の変動をＣＰＵ等の制御回路を用
いて分析することにより、画像形成条件のいずれに変動
の要因があるかを自動的に検出することができ、この検
出された画像の形成状態の変動要因を直ちにフィードバ
ックして、画像の形成状態を決定するパラメータを制御
することが可能となる。

【００６３】図１６はこの発明の請求項１２に記載のセ
ンサユニットの一実施例を示すものであり、前記実施例
と同一の部分には同一の符号を付して説明すると、この
実施例では、被測定画像を照射する発光源と、前記発光
源からの発光光を平行化するとともにその平行光の照射
により生じた被測定画像からの反射光を集光する集光光
学系と、前記集光光学系の無限遠焦点近傍に配置され、
前記光学系を透過した後の被測定画像からの反射光を複
数箇所で検出する受光素子とからなり、前記発光源、集
光光学系及び受光素子が一体的に形成されるようになっ
ている。

【００６４】すなわち、この実施例では、図１６に示す
ように、コヒーレント光源１と、凸レンズからなる集光
光学系２と、光センサー５とが、センサユニット２０の
ハウジング２１に一体的に取り付けられており、これら
のコヒーレント光源１や凸レンズ等が所定の位置に配置
されたセンサユニット２０が小型でかつ感光体３の周囲
に容易に取り付け可能となっている。尚、上記集光光学
系２には、必要に応じてコヒーレント光源１から出射さ
れる光、及び感光体３側から反射する光が通過する部分
以外を遮るマスクを設けるようにしても良い。

【００６５】図１７及び１８はこの発明の請求項４又は
６に記載の画像測定装置の他の実施例におけるそれぞれ
異なった変形例を示すものであり、前記実施例と同一の
部分には同一の符号を付して説明すると、この実施例で
は、正反射光を検出する光センサーと拡散反射光を検出
する光センサーとを互いに異なった位置に分離して配置
するように構成されている。

【００６６】すなわち、図１７に示す画像測定装置で
は、前記実施例の集光光学系２の物体側無限遠焦点面即
ち集光光学径２の焦点距離ｆの位置における平面上に配
置された光センサー５に相当する位置に小さなミラー３
０が配置されており、このミラー３０によって図２
（Ｂ）の領域Ａ１及び領域Ａ２に相当する領域の光を側
方に直交するように反射し、第１の光センサー３１の受
光部３１ａ、３１ｂによって領域Ａ１及び領域Ａ２に相
当する領域の光を検出するようになっている。また、上
記ミラー３０の光軸方向の背後には、図２（Ｂ）の領域
Ｂ及び領域Ｃに相当する領域の光を検出する光センサー
３２が配置されている。

【００６７】また、図１８に示す画像測定装置は、所謂
シュリーレン光学系を使用したものであり、この画像測
定装置は、集光光学系２の光軸上に当該集光光学系２の
焦点距離ｆよりも若干離れた位置にコヒーレント光源１
が配置されており、このコヒーレント光源１から出射さ
れた発散光ＬＢは、ヘリカルビームスプリッタ４１を透
過した後、１／４波長板４２によって偏向を受けた後、
集光光学系２によって概略平行化される。感光体３は集
光光学系２の像側、概ね無限遠焦点位置に配置され、前
記感光体３からの正反射光は概略平行光のまま集光光学
系２に再入射し、１／４波長板４２により再度偏向を受
け、ヘリカルビームスプリッタ４１に反射され第１の光
センサー４３に導かれる。一方、感光体３上にトナー４
がある場合には、平行化された光はトナー４面で拡散さ
れ、集光光学系２によってヘリカルビームスプリッタ４
１を経ずに第２の光センサー４４に導かれる。これによ
り、前記実施例と同様の効果のすべてが共軸光学系で実
現でき、小型化及び効率化が可能となる。

【００６８】その他の構成及び作用は、前記実施例と同
様であるので、その説明を省略する。

【００６９】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
感光体等の像担持体上に形成された画像のトナー量はも
とより、画像の形成状態までをも検出することが可能な
画像測定方法、画像測定装置及びセンサユニットを提供
することができる。

【００７０】また、この発明によれば、像担持体と検出
部材との相対位置が変化した場合にも、安定した精度の
良い濃度測定が可能な画像測定方法、画像測定装置及び
センサユニットを提供することができる。

【００７１】さらに、この発明によれば、帯電電位、バ
イアス電位、露光電位、現像トライボ値、現像トナー濃
度等の画像形成のパラメータを検出して、これらの検出
された画像形成のパラメータを直ちにフィードバックし
て、画像の形成状態を決定するパラメータを制御するこ
とが可能な画像測定方法、画像測定装置及びセンサユニ
ットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１はこの発明に係る画像測定装置の一実施
例を示す構成図である。

【図２】 図２（Ａ）は光センサーの受光状態を示す説
明図、同図（Ｂ）は光センサーの受光部を示す構成図で
ある。

【図３】 図３は光センサーの他の変形例を示す構成図
である。

【図４】 図４（Ａ）は感光体上の被測定画像を示す説
明図、同図（Ｂ）は光センサーの受光状態を示す模式
図、同図（Ｃ）は光センサーで受光される光を示す波形
図である。

【図５】 図５（Ａ）（Ｂ）は感光体上の被測定画像を
それぞれ示す説明図である。

【図６】 図６は感光体の位置変動に伴う受光状態を示
す説明図である。

【図７】 図７（Ａ）〜（Ｄ）は光センサーの出力をそ
れぞれ示すグラフである。

【図８】 図８は感光体上の静電潜像を示すグラフであ
る。

【図９】 図９は画像形成条件の変動を分析する結果を
示す図表である。

【図１０】 図１０（Ａ）〜（Ｄ）は光センサーの出力
をそれぞれ示すグラフである。

【図１１】 図１１（Ａ）〜（Ｄ）は光センサーの出力
をそれぞれ示すグラフである。

【図１２】 図１２（Ａ）〜（Ｄ）は光センサーの出力
をそれぞれ示すグラフである。

【図１３】 図１３（Ａ）（Ｂ）はフーリエスペクトル
の変動をそれぞれ示す波形図である。

【図１４】 図１４（Ａ）〜（Ｄ）は光センサーの出力
をそれぞれ示すグラフである。

【図１５】 図１５は画像形成条件の変動を分析する動
作を示すフローチャートである。

【図１６】 図１６はこの発明に係る画像測定装置の他
の実施例を示す構成図である。

【図１７】 図１７はこの発明に係る画像測定装置の更
に他の実施例を示す構成図である。

【図１８】 図１８はこの発明に係る画像測定装置の更
に他の実施例を示す構成図である。

【図１９】 図１９は従来のトナー濃度測定装置の測定
結果を示すグラフである。

【図２０】 図２０は従来のトナー濃度測定装置の測定
結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１ コヒーレント光源、２ 集光光学系、３ 感光体、
４ トナー像、５ 光センサー。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平行光を被測定画像に照射し、その反射
   光を集光光学系に入射させ、その反射光の前記集光光学
   系による無限遠焦点位置近傍を含む領域で複数箇所の反
   射光量の測定値から、被測定画像の形成状態を測定する
   ようにしたことを特徴とする画像測定方法。
2. 【請求項２】 測定された被測定画像の形成状態から被
   測定画像を形成した画像形成手段の異常を分析するよう
   にしたことを特徴とする請求項１記載の画像測定方法。
3. 【請求項３】 前記反射光量の検出部による複数箇所の
   光量検出値として、少なくとも前記集光光学系の無限遠
   焦点位置近傍での光量測定値を用いることを特徴とする
   請求項１又は請求項２記載の画像測定方法。
4. 【請求項４】 被測定画像に平行光を照射する平行光光
   源と、前記平行光光源による平行光の照射により生じた
   被測定画像からの反射光を集光する集光光学系と、前記
   集光光学系の無限遠焦点位置近傍を含む領域で複数箇所
   の光量を検出する光量検出部と、前記光量検出部による
   複数箇所での反射光量の検出値から被測定画像の形成状
   態を測定する測定手段と、からなることを特徴とする画
   像測定装置。
5. 【請求項５】 前記平行光光源が、被測定画像を照射す
   る光を発生する発光源と、前記発光源からの発光光を平
   行化する平行光学系とからなることを特徴とする請求項
   ４記載の画像測定装置。
6. 【請求項６】 被測定画像を照射する光を発生する発光
   源と、前記発光源からの発光光を平行化するとともにそ
   の平行光の照射により生じた被測定画像からの反射光を
   集光する集光光学系と、前記集光光学系の無限遠焦点位
   置近傍を含む領域で複数箇所の光量を検出する光量検出
   部と、前記光量検出部による複数箇所での反射光量の検
   出値から被測定画像の形成状態を測定する測定手段と、
   からなることを特徴とする画像測定装置。
7. 【請求項７】 前記発光源が、コヒーレント光源からな
   ることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに
   記載の画像測定装置。
8. 【請求項８】 前記光量検出部は光量分布を測定可能な
   複数の受光部から構成され、前記測定手段は前記光量検
   出部による複数箇所での反射光量分布から被測定画像の
   形成状態を測定することを特徴とする請求項４乃至請求
   項７のいずれかに記載の画像測定装置。
9. 【請求項９】 前記光量検出部は一体化されたｎ次元受
   光素子（ｎ＞１）からなり、前記測定手段は該ｎ次元受
   光素子での受光位置に応じた検出値を当該箇所での光量
   として被測定画像の形成状態を測定することを特徴とす
   る請求項４乃至請求項８のいずれかに記載の画像測定装
   置。
10. 【請求項１０】 前記測定手段により測定された被測定
    画像の形成状態から、被測定画像を形成した画像形成手
    段の異常を分析する分析手段を備えたことを特徴とする
    請求項４乃至請求項９のいずれかに記載の画像測定装
    置。
11. 【請求項１１】 前記光量検出部による複数箇所の光量
    検出値として、少なくとも前記集光光学系の無限遠焦点
    位置近傍での光量測定値を用いることを特徴とする請求
    項４乃至請求項１０のいずれかに記載の画像測定装置。
12. 【請求項１２】 被測定画像を照射する発光源と、前記
    発光源からの発光光を平行化するとともにその平行光の
    照射により生じた被測定画像からの反射光を集光する集
    光光学系と、前記集光光学系の無限遠焦点近傍に配置さ
    れ、前記光学系を透過した後の被測定画像からの反射光
    を複数箇所で検出する受光素子とからなり、前記発光
    源、集光光学系及び受光素子が一体的に形成されてなる
    ことを特徴とするセンサユニット。