(57)【要約】【課題】反射型光学センサにおける全受光部の出力をトナー濃度検出の演算に反映できるようにし、トナー濃度検出精度を向上させる。【解決手段】照射手段のＭ（≧３）個の発光部を発光させ、受光手段のＮ（≧３）個の受光部の各々の出力を、正反射光の検出による正反射寄与分と拡散反射光の検出による拡散反射寄与分とに分割し、受光部の出力の正反射寄与分および／または拡散反射寄与分の総和に基づき、トナー濃度を演算的に検出する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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個の受光部の各々の出力を、正反射光の検出による正反射寄与分と拡散反射光の検出による拡散反射寄与分とに分割し、その分割出力に基づき、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２】
請求項１記載のトナー濃度検出方法において、
上記Ｎ個の受光部の出力の正反射寄与分および／または拡散反射寄与分の総和に基づき、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３】
請求項１又は２記載のトナー濃度検出方法において、
上記Ｎ個の受光部の出力のうち、発光部に対応する受光部の出力は正反射寄与分のみとし、発光部に対応しない幾つかの受光部の出力は拡散反射寄与分のみとし、発光部に対応しない受光部のうち上記幾つかの受光部を除いた残りの受光部の出力は正反射寄与分と拡散反射寄与分の混合としたことを特徴とするトナー濃度検出方法。
【請求項４】
請求項３記載のトナー濃度検出方法において、
発光部に対応しない幾つかの受光部の上記支持部材による出力は、ゼロとなることを特徴とするトナー濃度検出方法。
【請求項５】
請求項３記載のトナー濃度検出方法において、
発光部に対応する受光部の上記支持部材による出力と、発光部に対応しない残りの受光部の上記支持部材による出力とを基に、正反射寄与分と拡散反射寄与分の混合の比率を決定することを特徴とするトナー濃度検出方法。
【請求項６】
請求項３記載のトナー濃度検出方法において、
発光部に対応しない残りの受光部の数を２または４としたことを特徴とするトナー濃度検出方法。
【請求項７】
請求項１〜６の任意の１に記載のトナー濃度検出方法において、
上記トナーパターンが上記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、上記照射手段の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８】
請求項１〜６の任意の１に記載のトナー濃度検出方法において、
上記トナーパターンが、上記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、照射手段の各受光部・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、各発光部を順次に点灯させることを特徴とするトナー濃度検出方法。
【請求項９】
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／または上記トナーパターンによる反射光を上記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個の受光部の各々の出力を、正反射光の検出による正反射寄与分と拡散反射光の検出による拡散反射寄与分とに分割することを特徴とする反射型光学センサ。
【請求項１０】
請求項９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、上記副方向に直交する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１１】
請求項９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、上記副方向に直交する主方向に対し、上記支持部材の上記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１２】
請求項９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、上記支持部材の上記副方向への移動速度に応じた所定のずれ幅で上記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１３】
請求項９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１４】
請求項９〜１３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１５】
請求項９〜１３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１６】
請求項９〜１５の任意の１に記載の反射型光学センサにおいて、
上記照射手段の発光部から放射される検出光を、上記支持部材の表面に向けて集光的に導光する照明用光学系および／または上記支持部材の表面からの反射光を上記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。
【請求項１７】
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９〜１７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１８】
請求項１７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。
【請求項１９】
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個の受光部の各々の出力を、正反射光の検出による正反射寄与分と拡散反射光の検出による拡散反射寄与分とに分割し、
拡散反射光の検出に基づくトナー濃度は、拡散反射寄与分の分割出力：Ｄ（拡）を正反射寄与分の分割出力：Ｄ（正）で除した値：Ｄ（拡）／Ｄ（正）から求めることを特徴とするトナー濃度検出方法．
【請求項２０】
請求項１９記載のトナー濃度検出方法において、
正反射光の検出に基づくトナー濃度は、正反射寄与分の分割出力：Ｄ（正）のみから求めることを特徴とするトナー濃度検出方法。
【請求項２１】
請求項１９又は２０記載のトナー濃度検出方法において、
上記Ｎ個の受光部の出力の正反射寄与分および／または拡散反射寄与分の総和に基づき、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２２】
請求項１９〜２１記載のトナー濃度検出方法において、
上記Ｎ個の受光部の出力のうち、発光部に対応する受光部の出力は正反射寄与分のみとし、発光部に対応しない幾つかの受光部の出力は拡散反射寄与分のみとし、発光部に対応しない受光部のうち上記幾つかの受光部を除いた残りの受光部の出力は正反射寄与分と拡散反射寄与分の混合としたことを特徴とするトナー濃度検出方法。
【請求項２３】
請求項２２記載のトナー濃度検出方法において、
発光部に対応しない幾つかの受光部の上記支持部材による出力は、ゼロとなることを特徴とするトナー濃度検出方法。
【請求項２４】
請求項２２記載のトナー濃度検出方法において、
発光部に対応する受光部の上記支持部材による出力と、発光部に対応しない残りの受光部の上記支持部材による出力とを基に、正反射寄与分と拡散反射寄与分の混合の比率を決定することを特徴とするトナー濃度検出方法。
【請求項２５】
請求項２２記載のトナー濃度検出方法において、
発光部に対応しない残りの受光部の数を２または４としたことを特徴とするトナー濃度検出方法。
【請求項２６】
請求項１９〜２５の任意の１に記載のトナー濃度検出方法において、
上記トナーパターンが上記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、上記照射手段の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２７】
請求項１９〜２５の任意の１に記載のトナー濃度検出方法において、
上記トナーパターンが、上記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、照射手段の各受光部・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、各発光部を順次に点灯させることを特徴とするトナー濃度検出方法。
【請求項２８】
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／または上記トナーパターンによる反射光を上記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個の受光部の各々の出力を、正反射光の検出による正反射寄与分と拡散反射光の検出による拡散反射寄与分とに分割し、
拡散反射寄与分の分割出力：Ｄ（拡）を正反射寄与分の分割出力：Ｄ（正）で除した値：Ｄ（拡）／Ｄ（正）を求める演算を行なうことを特徴とする反射型光学センサ。
【請求項２９】
請求項２８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、上記副方向に直交する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３０】
請求項２８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、上記副方向に直交する主方向に対し、上記支持部材の上記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３１】
請求項２８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、上記支持部材の上記副方向への移動速度に応じた所定のずれ幅で上記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３２】
請求項２８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３３】
請求項２８〜３２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３４】
請求項２８〜３２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３５】
請求項２８〜３４の任意の１に記載の反射型光学センサにおいて、
上記照射手段の発光部から放射される検出光を、上記支持部材の表面に向けて集光的に導光する照明用光学系および／または上記支持部材の表面からの反射光を、上記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。
【請求項３６】
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２８〜３５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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー濃度検出方法、該トナー濃度検出方法に用いられる反射型光学センサ、該反射型光学センサを用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらのうち少なくとも１つを備えた複合機等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナーによる画像を形成する画像形成装置は、アナログ方式やデジタル方式のモノクロあるいはカラー複写機やプリンタ、プロッタ、ファクシミリ装置、近来はマルチファンクションプリンタ（ＭＦＰ）等として広く実施されている。
【０００３】
このような画像形成装置により形成される画像はトナー画像であるが、よく知られたように、良好な画像を得るためには、静電潜像の現像に供されるトナー量が適正でなければならない。現像方式にはトナーとキャリアを含む２成分系の現像剤を用いる方式や、トナーのみで構成された現像剤を用いるモノトナー現像方式等、種々の方式が知られているが、静電潜像が現像される現像部へ供給されるトナー量の多寡を「トナー濃度」と呼ぶことにする。
【０００４】
トナー濃度が低すぎるときは、静電潜像に十分な量のトナーが供給されず、得られるトナー画像は濃度の不十分な画像となってしまう。また、トナー濃度が高すぎるときは、形成されるべき画像の濃度分布が高濃度側に偏り、やはり見づらいトナー画像となってしまう。このように、適正なトナー画像が形成されるためにはトナー濃度が適正な範囲になければならない。
【０００５】
トナー濃度を適正な範囲に制御するため、従来から、トナー濃度検出用のトナーパターンを形成し、これに検出光を照射し、反射光の変化を検出する方法が広く行われている。
トナーパターンに検出光を照射し、反射光を受光する光学装置は反射型光学センサと呼ばれる。
【０００６】
反射型光学センサは古くから種々のものが提案され知られている（特許文献１〜６）。
【０００７】
これら従来から知られた反射型光学センサは、１個または２個の発光部、あるいは波長特性の異なる３個の発光部（ＬＥＤ）と、反射光を受光するための１個または２個の受光部（フォトダイオードもしくはフォトトランジスタ）から構成されている。
【０００８】
発光部としては上記の如くＬＥＤが用いられるのが一般的であるが、ＬＥＤから放射される検出光は、トナー濃度検出用のトナーパターンにトナーパターンよりも小さいサイズのスポットとして照射される。
【０００９】
トナーパターンは、例えば、転写ベルト上に形成され、転写ベルトの回転に伴い移動する。このときトナーパターンの移動する方向を「副方向」と呼ぶ。転写ベルト上で、副方向に直交する方向を「主方向」と呼ぶ。トナー画像として可視化される静電潜像を光走査により形成する場合であれば、上記主方向は光走査における主走査方向に対応し、副方向は副走査方向に対応する。
【００１０】
トナーパターンは光走査等による静電潜像形成部において書き込まれ、現像により可視化されてトナーパターンとなり、上記の場合であれば転写ベルト上に転写され、副方向に移動して反射型光学センサによる検出部に移動して検出光のスポットにより照射される。
【００１１】
検出光のスポットの大きさは、通常、直径：２〜３ｍｍ程度である。  
反射型光学センサによる検出光のスポットが照射される主方向の位置は、トナーパターンの主方向中央部であることが理想である。しかしながら、静電潜像形成部における光走査領域の変動や、転写ベルトの蛇行、さらには、反射型光学センサの取り付け位置の主方向の位置ずれや、主方向における取り付け位置の経時的変化等が原因し、トナーパターンと反射型光学センサの主方向における位置関係は、必ずしも理想状態とはならない。
【００１２】
トナーパターンと反射型光学センサの主方向における位置関係のずれにより、検出光のスポットがトナーパターンからはみ出して照射されれば、受光手段により受光される反射光は適正なものではなく、トナー濃度の適正な検出はできない。
【００１３】
例えば、１個のスポットを照射して、反射光を１個の受光部で受光し、正反射光と拡散反射光の差によりトナー濃度を検出する場合、スポットがトナーパターンの外側にはみ出して照射された場合、スポットの一部はトナーパターンのない部分で正反射され、トナーパターンの部分では拡散反射されるから、受光部が正反射光を受光するように配置されているとすれば、受光部の受光する正反射光の強度は拡散反射により低減するが、このような正反射光強度の低下は、トナーパターンにおけるトナー量が少ない場合にも起こりうるものであり、正反射光強度の低下がトナー量の少なさに起因するものなのか、スポットがトナーパターンからはみ出していることに起因するものかを区別できないのである。
【００１４】
このような問題を避けるため、従来は、トナーパターンと反射型光学センサの主方向における位置関係のずれの存在に拘わらず、検出光のスポットが主方向においてトナーパターン内に位置するように、トナーパターンの主方向幅・副方向幅を１５ｍｍ程度〜２５ｍｍ程度の大きさに設定し、上記位置関係のずれが生じても、検出光のスポットがトナーパターンの外側にはみ出さないようにしていた。
【００１５】
反射型光学センサとトナーパターンによる濃度検出は、画像形成装置、特にカラー画像形成装置においては高画質を確保・維持するために、画像形成プロセスが適正に行われるように画像形成装置を調整すべく、形成すべき画像の出力とは別個に行われることから、トナー濃度検出が行われている間は本来の画像形成を行うことができない。
【００１６】
トナーパターンとなるべき静電潜像を光走査で書き込む場合であると、トナーパターンの大きさに比例して光走査の時間が大きくなり、本来の画像形成に対する作業効率を低下させる原因となる。
【００１７】
また、トナーパターンを形成するトナーは、本来の画像形成に寄与しない不寄与トナーとして消費され、パターンの大きさ（面積）に比例して不寄与トナーの消費量も大きくなる。即ち、従来から知られたトナー濃度検出方式には、作業の向上を困難とするという問題と、不寄与トナーの消費量が大きいという問題とがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上述した事情を鑑み、本出願人は、特願２００８−０７０１９８号にて、アレイ方式の反射型光学センサを提案した。
【００１９】
この反射型光学センサは、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している。
【００２０】
受光手段のＭ個の発光部を発光させ、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ものである。
【００２１】
一般的に、支持部材は表面が滑らかである転写ベルトが用いられるため、転写ベルトによる検出光の反射光は正反射光となる。また、トナーパターンによる検出光の反射光は、トナーパターンによる正反射光と拡散反射光が両方含まれる。
【００２２】
特願２００８−０７０１９８号では、任意の発光部を点灯させた時、転写ベルトによる検出光の反射光（正反射光）は、前記発光部に対応する受光部でしか受光されないという実施が開示されている。
【００２３】
つまり、任意の発光部を点灯させた時、トナーパターンによる検出光の反射光のうち正反射光は、前記発光部に対応する受光部でしか受光されず、残りのＭ−１個の受光部ではトナーパターンによる検出光の反射光のうち拡散反射光しか受光されない。
【００２４】
したがって上記条件において、正反射光の出力に基づいてトナー濃度を演算的に検出したい場合は、転写ベルトとトナーパターンについて点灯させる任意の発光部に対応する受光部の出力だけを見ればよく、拡散反射光の出力に基づいてトナー濃度を演算的に検出したい場合は、トナーパターンについて、点灯させる任意の発光部に対応する受光部を除くＭ−１個の受光部の出力を見ればよい。
【００２５】
しかし、転写ベルトによる検出光の反射光（正反射光）が、上記発光部に対応する受光部に加え、上記受光部の周辺に位置する受光部（発光部に対応しない残りの受光部）でも受光される場合がある。
【００２６】
同様に、トナーパターンによる検出光の正反射光も、上記発光部に対応する受光部に加え、発光部に対応しない残りの受光部でも受光される場合がある。
【００２７】
この場合、点灯させる任意の発光部に対応する受光部での出力のみを、従来と同様に転写ベルトおよび／またはトナーパターンによる正反射光の出力とし、照射対象物がトナーパターンである時に、発光部に対応しない幾つかの受光部での出力を、トナーパターンによる拡散反射光の出力とすると、発光部に対応しない残りの受光部での出力の一部はトナー濃度の検出には用いられないという問題が生じる。
【００２８】
換言すれば、反射型光学センサの感度を向上させ、ひいてはトナー濃度検出精度の向上を図り得る出力値（検知情報）が存在するにも拘わらず、これを無駄に捨てることとなる。
【００２９】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、全受光部の出力をトナー濃度検出の演算に反映させることができ、トナー濃度検出精度を向上させることができるトナー濃度検出方法、反射型光学センサ及び画像形成装置の提供を、その目的とする。
【００３０】
また、トナーパターンの濃度変化に拡散反射寄与分の検知出力を「単調な関数により１対１対応」させることにより、反射型光学センサによる検出結果からトナー濃度を容易に求めることができるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
上記目的を達成するために、本発明は、反射型光学センサにおける各々の受光部の出力を正反射寄与分と拡散反射寄与分とに分割し、受光部の出力内容（検知情報）を明確に分離してそのほぼ全てをトナー濃度検出の演算に利用できるようにした。
【００３２】
具体的には、請求項１記載の発明では、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個の受光部の各々の出力を、正反射光の検出による正反射寄与分と拡散反射光の検出による拡散反射寄与分とに分割し、その分割出力に基づき、トナー濃度を演算的に検出することを特徴とする。
【００３３】
請求項２記載の発明では、請求項１記載のトナー濃度検出方法において、上記Ｎ個の受光部の出力の正反射寄与分および／または拡散反射寄与分の総和に基づき、トナー濃度を演算的に検出することを特徴とする。
【００３４】
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載のトナー濃度検出方法において、上記Ｎ個の受光部の出力のうち、発光部に対応する受光部の出力は正反射寄与分のみとし、発光部に対応しない幾つかの受光部の出力は拡散反射寄与分のみとし、発光部に対応しない受光部のうち上記幾つかの受光部を除いた残りの受光部の出力は正反射寄与分と拡散反射寄与分の混合としたことを特徴とする。
【００３５】
請求項４記載の発明では、請求項３記載のトナー濃度検出方法において、発光部に対応しない幾つかの受光部の上記支持部材による出力は、ゼロとなることを特徴とする。
【００３６】
請求項５記載の発明では、請求項３記載のトナー濃度検出方法において、発光部に対応する受光部の上記支持部材による出力と、発光部に対応しない残りの受光部の上記支持部材による出力とを基に、正反射寄与分と拡散反射寄与分の混合の比率を決定することを特徴とする。
【００３７】
請求項６記載の発明では、請求項３記載のトナー濃度検出方法において、発光部に対応しない残りの受光部の数を２または４としたことを特徴とする
請求項７記載の発明では、請求項１〜６の任意の１に記載のトナー濃度検出方法において、上記トナーパターンが上記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、上記照射手段のＭ個の発光部を順次に発光させることを特徴とする。
【００３８】
請求項８記載の発明では、請求項１〜６の任意の１に記載のトナー濃度検出方法において、上記トナーパターンが、上記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、照射手段の各受光部・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、各発光部を順次に点灯させることを特徴とする。
【００３９】
請求項９記載の発明では、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／または上記トナーパターンによる反射光を上記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個の受光部の各々の出力を、正反射光の検出による正反射寄与分と拡散反射光の検出による拡散反射寄与分とに分割することを特徴とする。
【００４０】
請求項１０記載の発明では、請求項９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、上記副方向に直交する主方向に略平行となることを特徴とする。
【００４１】
請求項１１記載の発明では、請求項９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、上記副方向に直交する主方向に対し、上記支持部材の上記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。
【００４２】
請求項１２記載の発明では、請求項９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、上記支持部材の上記副方向への移動速度に応じた所定のずれ幅で上記副方向にずれていることを特徴とする。
【００４３】
請求項１３記載の発明では、請求項９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。
【００４４】
請求項１４記載の発明では、請求項９〜１３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。
【００４５】
請求項１５記載の発明では、請求項９〜１３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。
【００４６】
請求項１６記載の発明では、請求項９〜１５の任意の１に記載の反射型光学センサにおいて、上記照射手段の発光部から放射される検出光を、上記支持部材の表面に向けて集光的に導光する照明用光学系および／または上記支持部材の表面からの反射光を上記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。
【００４７】
請求項１７記載の発明では、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９〜１７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。
【００４８】
請求項１８記載の発明では、請求項１７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。
【００４９】
請求項１９記載の発明では、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、支持部材に照射手段により検出光を照射し、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、検出光に対する支持部材の反射特性と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、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、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、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、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し、照射手段のＭ個の発光部を発光させ、受光手段のＮ個の受光部の各々の出力を、正反射光の検出による正反射寄与分と拡散反射光の検出による拡散反射寄与分とに分割し、拡散反射光の検出に基づくトナー濃度は「拡散反射寄与分の分割出力：Ｄ（拡）を正反射寄与分の分割出力：Ｄ（正）で除した値：Ｄ（拡）／Ｄ（正）から求める」ことを特徴とする。
【００５０】
請求項２０記載の発明では、請求項１９記載のトナー濃度検出方法において、正反射光の検出に基づくトナー濃度は、正反射寄与分の分割出力：Ｄ（正）のみから求めることを特徴とする。
【００５１】
請求項２１記載の発明では、請求項１９又は２０記載のトナー濃度検出方法において、Ｎ個の受光部の出力の正反射寄与分および／または拡散反射寄与分の総和に基づき、トナー濃度を演算的に検出することを特徴とする。
【００５２】
請求項２２記載の発明では、請求項１９〜２１記載のトナー濃度検出方法において、Ｎ個の受光部の出力のうち、発光部に対応する受光部の出力は正反射寄与分のみとし、発光部に対応しない幾つかの受光部の出力は拡散反射寄与分のみとし、発光部に対応しない受光部のうち上記幾つかの受光部を除いた残りの受光部の出力は正反射寄与分と拡散反射寄与分の混合としたことを特徴とする。
【００５３】
請求項２３記載の発明では、請求項２２記載のトナー濃度検出方法において、発光部に対応しない幾つかの受光部の支持部材による出力は、ゼロとなることを特徴とする。
【００５４】
請求項２４記載の発明では、請求項２２記載のトナー濃度検出方法において、発光部に対応する受光部の支持部材による出力と、発光部に対応しない残りの受光部の支持部材による出力とを基に、正反射寄与分と拡散反射寄与分の混合の比率を決定することを特徴とする。
【００５５】
請求項２５記載の発明では、請求項２２記載のトナー濃度検出方法において、発光部に対応しない残りの受光部の数を２または４としたことを特徴とする。
【００５６】
請求項２６記載の発明では、請求項１９〜２５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、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。
【００５７】
請求項２７記載の発明では、請求項１９〜２５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、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、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、矩形状のパターンが、副方向において検出光の照射領域を通過する時間内に、照射手段の各受光部・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、各発光部を順次に点灯させることを特徴とする。
【００５８】
請求項２８記載の発明では、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、支持部材に照射手段により検出光を照射し、支持部材および／または上記トナーパターンによる反射光を受光手段により受光し、検出光に対する支持部材の反射特性と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し、照射手段のＭ個の発光部を発光させ、受光手段のＮ個の受光部の各々の出力を、正反射光の検出による正反射寄与分と拡散反射光の検出による拡散反射寄与分とに分割し、拡散反射寄与分の分割出力：Ｄ（拡）を正反射寄与分の分割出力：Ｄ（正）で除した値：Ｄ（拡）／Ｄ（正）を求める演算を行なうことを特徴とする。
【００５９】
請求項２９記載の発明では、請求項２８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、副方向に直交する主方向に略平行となることを特徴とする。
【００６０】
請求項３０記載の発明では、請求項２８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、副方向に直交する主方向に対し、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。
【００６１】
請求項３１記載の発明では、請求項２８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。
【００６２】
請求項３２記載の発明では、請求項２８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。
【００６３】
請求項３３記載の発明では、請求項２８〜３２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。
【００６４】
請求項３４記載の発明では、請求項２８〜３２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。
【００６５】
請求項３５記載の発明では、請求項２８〜３４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、支持部材の表面に向けて集光的に導光する照明用光学系および／または上記支持部材の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。
【００６６】
請求項３６記載の発明では、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２８〜３５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。
【発明の効果】
【００６７】
請求項１記載の発明によれば、すべての受光部の出力を正反射寄与分と拡散反射寄与分の何れかに分割することができ、発光部の出力を無駄なくトナー濃度検出に用いることができる。
【００６８】
これにより、トナー濃度検出の精度を高めることができる。
【００６９】
請求項２、２１記載の発明によれば、複数の受光部に渡る正反射寄与分および拡散反射寄与分の総和を取ることで、検出精度を向上させることができる。
【００７０】
請求項３、２２記載の発明によれば、発光部の位置に応じて簡便に受光部の出力を正反射寄与分と拡散反射寄与分とに切り分けられ、演算を容易に行うことができる。また、発光部に対応しない残りの受光部での出力も正反射寄与分と拡散反射寄与分とに分割することにより、発光部の出力を有効にトナー濃度検出に用いることができる。
【００７１】
請求項４、２３記載の発明によれば、支持部材が滑らかであり、実質的に正反射する場合において、発光部に対応しない幾つかの受光部を容易に同定することができる。
【００７２】
請求項５、２４記載の発明によれば、支持部材が滑らかであり、実質的に正反射する場合において、正反射寄与分と拡散反射寄与分の混合の比率を容易に決定することができる。
【００７３】
請求項６、２５記載の発明によれば、正反射寄与分を含む、発光部に対応しない残りの受光部の数を少なくすることで、拡散反射寄与分のみとなる受光部の数を増やすことができ、拡散反射寄与の検出精度を向上させることができる。
【００７４】
請求項７、２６記載の発明によれば、発光部を順次に発光させることで、同時に発光させる時に比べて消費電力を少なくできる。
【００７５】
請求項８、２７記載の発明によれば、対応する発光部を同時に発光させ、尚かつ各発光部を順次に発光させることで、スキャン時間を短くできる。
【００７６】
請求項９記載の発明によれば、従来よりも小さなトナーパターンによりトナーの濃度の検出を可能とし、またアルゴリズムの搭載によって、トナー濃度検出効率を向上させることができる反射型光学センサを実現できる。
【００７７】
請求項１０、２９記載の発明によれば、アルゴリズムの搭載によって、トナー濃度検出効率を向上させることができる反射型光学センサを実現できる。
【００７８】
請求項１１、１２、１３、３０、３１，３２記載の発明によれば、アルゴリズムの搭載によって、トナー濃度検出効率を向上させることができる反射型光学センサを実現でき、尚且つスキャン時間を短くできる。
【００７９】
請求項１４、１５、３３、３４記載の発明によれば、アルゴリズムの搭載によってトナー濃度検出効率を向上させることができる反射型光学センサを実現できる。さらに、１個の発光部に複数の受光部、または１個の受光部に複数の発光部を対応させることで光量を稼ぐことができる。
【００８０】
請求項１６、３５記載の発明によれば、アルゴリズムの搭載によってトナー濃度検出効率を向上させることができる反射型光学センサを実現できる。さらに、照明用および／または受光用光学系を設けることで、反射型光学センサにビーム径の制御や反射光の光量制御などが可能になる等の機能を付けることができる。
【００８１】
請求項１７、３６記載の発明によれば、アルゴリズムの搭載によってトナー濃度検出効率を向上させることができる反射型光学センサを画像形成装置に搭載することで、画質調整による画像形成に対する作業効率を低下させず、画質調整時におけるトナー消費量を抑えることができる。
【００８２】
請求項１８記載の発明によれば、アルゴリズムの搭載によってトナー濃度検出効率を向上させることができる反射型光学センサをカラー画像形成装置に搭載することで、画質調整による画像形成に対する作業効率を低下させず、画質調整時における各色のトナー消費量を抑えることができる。
【００８３】
また、請求項１９、２０、２８記載の発明によれば、トナーパターンの濃度変化と拡散反射寄与分の検知出力を「単調な関数により１対１対応させる」ことにより、反射型光学センサでの検出結果から容易に濃度を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の１形態を説明するための図である。
【図２】反射型光学センサによるトナーパターンの検出を説明するための図である。
【図３】反射型光学センサによるトナーパターンの検出を説明するための図である。
【図４】反射型光学センサによる検出を説明するための図で、転写ベルトからの正反射光の検知出力を示す図である。
【図５】反射型光学センサによる検出を説明するための図で、トナーパターンからの正反射光と拡散反射光の検知出力を示す図である。
【図６】図５の検出における各受光部の出力を、正反射光の検出による正反射寄与分と拡散反射光の検出による拡散反射寄与分とに分割した状態を示す図である。
【図７】図４の検出と図５の検出における正反射寄与分と拡散反射寄与分の総和を示す図である。
【図８】支持部材が拡散体の場合のトナーパターン検出を説明するための平面図である。
【図９】支持部材が拡散体の場合のトナーパターン検出を説明するための縦断面図である。
【図１０】支持部材が拡散体の場合のトナーパターン検出を説明するための図で、検出光の反射状態を示す図である。
【図１１】支持部材が拡散体の場合の出力分布を示す図である。
【図１２】支持部材が正反射体である転写ベルトの場合の出力分布を示す図である。
【図１３】支持部材が拡散体の場合にその上のトナーパターンに照射した時の出力分布を示す図である。
【図１４】反射型光学センサにおける発光部・受光部の配列形態の２例を示す図である。
【図１５】請求項８記載の発明を説明するための図である。
【図１６】反射型光学センサにおける発光部・受光部の配列形態の３例を示す図である。
【図１７】反射型光学センサの実施の形態を２例示す図である。
【図１８】請求項１６記載の発明の実施の１形態を説明するための図である。
【図１９】請求項１６記載の発明の実施の別の形態を説明するための図である。
【図２０】請求項１６記載の発明の実施の別の形態を説明するための図である。
【図２１】請求項１９記載の発明の実施の１形態を説明するための図である。
【図２２】図２１の実施の形態を説明するための図である。
【図２３（ａ）】図２１の実施の形態を説明するための図である。
【図２３（ｂ）】図２１の実施の形態を説明するための図である。
【図２３（ｃ）】図２１の実施の形態を説明するための図である。
【図２３（ｄ）】図２１の実施の形態を説明するための図である。
【図２３（ｅ）】図２１の実施の形態を説明するための図である。
【図２４】図２１の実施の形態を説明するための図である。
【図２５】図２１の実施の形態を説明するための図である。
【図２６】図２１の実施の形態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００８５】
この発明の濃度検出方法は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、支持部材に照射手段により検出光を照射し、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、検出光に対する支持部材の反射特性と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る。
【００８６】
トナーによる画像を形成する画像形成方法は、前述の複写機やプリンタ、プロッタ、ファクシミリ装置、ＭＦＰ等において実行される画像形成方法であり、静電潜像を形成するプロセスと形成された静電潜像をトナーにより可視化するプロセスとを有する。静電潜像の形成は、均一帯電した光導電性の潜像担持体に対して光走査等の露光プロセスを実行することにより行われる。
【００８７】
トナーパターンは、トナー濃度の検出に用いられるためのトナー画像で、トナーパターンとなるべく形成された静電潜像がトナー画像として可視化されたものであり、検出されるときには支持部材上に形成されている。即ち、トナーパターンは支持部材上に形成され、支持部材の副方向への移動により検出部へ持ち来たされる。
【００８８】
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。
【００８９】
「支持部材」は、上記の如く、トナー濃度検出時にトナーパターンを保持して副方向に移動する部材であるが、具体的には、例えば、静電潜像が形成される潜像担持体自体であることや、トナー画像の転写に用いる転写ベルトや中間転写ベルトであることができる。
【００９０】
また「所定のトナーパターン」は、トナーパターンが定形であること、即ち一定の形状であることを意味する。
【００９１】
本発明のトナー画像検出方法は、以下の如き特徴を有する。
【００９２】
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。
【００９３】
そして、受光手段のＭ個の発光部を発光させ、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。
【００９４】
ここで、上記受光手段のＮ個の受光部の各々の出力を、正反射光の検出による正反射寄与分と拡散反射光の検出による拡散反射寄与分とに分割し、その分割出力をトナー濃度演算に反映させるものである。
【００９５】
上において「副方向に交わる１方向」は、副方向に直交する方向、即ち「主方向」も含む。また「副方向に直交する方向において隣接するスポットの間」は、Ｍ個の発光部のそれぞれから放射される検出光が支持部材表面に形成するスポットの１方向の配列を、副方向に直交する方向、即ち主方向に射影したとき、この射影状態において、隣接するスポットの間を意味する。また「スポットの間」は、スポットの中心間の距離（上記主方向への射影された状態での距離）ではなく、射影状態において隣接するスポットが互いに重なり合わない場合には、隣接スポットの縁から縁までの、主方向における距離を言う。
【００９６】
若干、具体的に説明すると、例えば、Ｍ個の発光部が主方向に３ｍｍピッチで配列し、各発光部が形成する検出光のスポットが、直径：２ｍｍの円形であるとする。このとき、支持部材上において、Ｍ個のスポットは主方向に３ｍｍピッチで配列するが、隣接するスポットの間は主方向に１ｍｍであって、この１ｍｍの領域は検出光により照射されることがない。
【００９７】
しかし、トナーパターンの主方向の大きさが「隣接するスポットの間」である１ｍｍよりも大きければ、トナーパターンが検出光のスポットが配列する領域を通過する際に、トナーパターンの少なくとも一部は必ず検出光のスポットに照射される。従って、この場合にトナーパターンが、検出光のスポットにより照射されるためには、トナーパターンの主方向の大きさが１ｍｍより若干大きければよく、主方向に１５ｍｍ〜２５ｍｍを必要としていた従来のトナーパターンの大きさを有効に小さくできる。
【００９８】
副方向に直交する方向において隣接するスポットの間は主方向におけるトナーパターンの大きさ以下となることが条件であるから、隣接するスポットの間は上記の場合、１ｍｍよりも小さくてもよく、隣接するスポットが主方向において互いにオーバラップしても良い。この場合「隣接するスポットの間」は負の値となる。隣接するスポットが主方向において互いにオーバラップする場合には、検出光のスポットが照射される領域は主方向において連続した領域となるので、トナーパターンの主方向の大きさは原理的にはいくらでも小さくできる。
【００９９】
また、スポット自体の大きさがトナーパターンの主方向における長さよりも小さくても、隣接するスポットの主方向におけるピッチがトナーパターンの主方向における長さよりも小さければ、主方向における隣接するスポットの間は当然に、トナーパターンの主方向における長さよりも小さいので、トナーパターンを確実に検出光で照射することができる。
【０１００】
検出光は支持部材に照射されると支持部材および／またはトナーパターンにより反射され、反射光は受光手段により受光される。受光手段は３個以上の受光部を有し、検出光のスポットとトナーパターンとの位置関係に応じて、各受光部の受光する光量が変化する。
【０１０１】
従ってこれら３個以上の受光部の出力に基づき、トナー濃度が検出される。
【０１０２】
従来から知られているようにトナーパターンに検出光を照射すると、検出光は拡散反射される。一方、支持部材の表面は、例えば、支持部材が光導電性の潜像担持体である場合には、支持体表面は滑らかで検出光は正反射される。従って、検出光が支持体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もたらすので、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。
【０１０３】
また、支持部材が転写ベルトや中間転写ベルトである場合、支持体の表面は「鏡面に近く検出光を実質的に正反射させる場合」もあれば「検出光を拡散反射させる場合」もあるが、支持体表面が検出光を拡散反射させるものであっても、支持体表面での検出光の拡散反射と、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、検出光が拡散反射して複数の受光部に受光されるとき複数受光部に配分される受光量の分布が、支持媒体での拡散反射とトナーパターンによる拡散反射で異なり、トナー濃度の検出が可能である。
【０１０４】
上記の如く、照射手段を構成する発光部の個数：Ｍは３以上であり、受光手段を構成する受光部の数：Ｎも３以上である。ＭとＮとは互いに等しくても（Ｍ＝Ｎ）よいし、異なっても（Ｍ≠Ｎ）よい。
【０１０５】
照射手段は、発光部としてＬＥＤを用い、３個以上のＬＥＤを１方向に配列して構成することができる。この場合、ＬＥＤが放射光を集光させるレンズ機能を持つものであるならば、ＬＥＤを配列し、放射される光が検出光として支持部材上に所望の大きさのスポットを形成するように、支持部材に対する位置関係を定めればよい。
【０１０６】
発光部としてはまた３以上の発光部を持つＬＥＤアレイを用いることができる。この場合には、ＬＥＤ発光部から照射される光を支持部材上に集光させるような適当な集光光学系を組合せて照射手段とすることができる。
【０１０７】
受光手段の受光部としてはＰＤ（フォトダイオード）を用いることができるが、３以上のＰＤ素子をアレイ配列したＰＤアレイ（例えば、ＣＣＤラインセンサ）を受光手段として用いることができる。
【０１０８】
ＭおよびＮの下限は上記の如く３であるが、上限は、トナー濃度検出用の反射型光学センサ（反射型光学素子）の実用的な大きさにより適宜に定めることができる。好適な値としてはＭの最大値は５００程度である。Ｎについては、前述のＰＤアレイのように数１０００であってもよい。
【０１０９】
照射手段を構成するＭ個の発光部の発光は、Ｍ個の発光部を同時に点滅させるようにしても良いし、Ｍ個の発光部を幾つかのグループに分け、発光部の配列における一端側からグループ毎順次に点滅させてもよく、さらには、Ｍ個の発光部を１個づつ順次に点滅させるようにしてもよい。
【０１１０】
以下、発明の実施の形態を具体的に説明する。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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、感光体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。
【０１１３】
即ち、光走査装置２０は、４個の感光体１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋに対して「光走査による画像書き込み」を行う。感光体１１Ｙ〜１１Ｋは何れも時計回りに等速回転され、帯電手段をなす帯電ローラＴＹ，ＴＭ，ＴＣ，ＴＫにより均一帯電され、光走査装置２０により「それぞれ対応する光走査」を受けてイエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色画像を書き込まれ対応する静電潜像（ネガ潜像）を形成される。
【０１１４】
これら静電潜像はそれぞれ現像装置ＧＹ，ＧＭ、ＧＣ、ＧＫにより反転現像され、感光体１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上にそれぞれイエロートナー画像、マゼンタトナー画像、シアントナー画像、黒トナー画像が形成される。
【０１１５】
これら各色トナー画像は、図示されない記録シート（転写紙やオーバヘッドプロジェクタ用のプラスチックシート）に転写される。転写には転写ベルト１７が用いられる。
【０１１６】
記録シートは図示されないシート載置部（転写ベルト１７の下部に設けられている。）
から給送され、図１において転写ベルト１７の右側の上周面に供給され、転写ベルト１７に静電吸着され、転写ベルト１７が反時計回りに回転することにより図の左方へ搬送される。このように搬送されつつ記録シートは、転写器１５Ｙにより感光体１１Ｙ上からイエロートナー画像を転写され、転写器１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋによりそれぞれ、感光体１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋから、マゼンタトナー画像、シアントナー画像、黒トナー画像を順次に転写される。
【０１１７】
このようにして、記録シート上においてイエロートナー画像〜黒トナー画像が重ね合わせられてカラー画像を合成的に構成する。記録シートは、担持したカラー画像を定着装置１９により定着されて装置外へ排出される。なお、上記のようにすることに代えて、中間転写ベルトを用い、上記４色のトナー画像を中間転写ベルト上に重ね合わせて転写してカラー画像を得、このカラー画像を記録シートに転写し、定着してもよい。
【０１１８】
図１において、符号ＯＳ１〜ＯＳ４は、この発明の反射型光学センサを示す。図１に示す画像形成装置では、上記の如く画像の書き込みは光走査により行われ、光走査における主走査方向は図１の図面に直交する方向であり、この方向を「主方向」という。トナー濃度検出は、反射型光学センサＯＳ１〜ＯＳ４を用いて以下の如くに行われる。
【０１１９】
即ち、トナー濃度検出用のトナーパターンは、光走査装置２０により感光体１１Ｙ〜１１Ｋに個別に書き込まれて形成されたトナーパターンとなるべき静電潜像が、各現像装置ＧＹ、ＧＭ、ＧＣ、ＧＫにより反転現像されてトナー画像となり、さらに転写ベルト１７の表面に直接的に転写されてトナーパターンとなる。
【０１２０】
この説明から明らかなように、説明中の実施の形態において転写ベルト１７が支持部材である。したがって、以下、転写ベルト１７を「支持部材１７」とも言う。トナーパターンは支持部材たる転写ベルト１７に形成され、転写ベルト１７の回転により移動し、反射型光学センサＯＳ１〜ＯＳ４によりトナー濃度検出が行われる。
【０１２１】
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。
【０１２２】
図２は、支持部材である転写ベルト１７上に形成されたトナーパターンと、反射型光学センサＯＳ１〜ＯＳ４との関係を説明図的に示している。図の如く、図の上下方向が主方向であって、図１における図面に直交する方向に対応する。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。
【０１２３】
図２において、符号ＰＰ１〜ＰＰ４は転写ベルト１７上におけるイエロートナー画像〜黒トナー画像の位置を検出するための位置検出パターンを示し、符号ＤＰ１〜ＤＰ４は、トナー濃度検出用のトナーパターンを示す。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
なお、変形例として、トナーパターンＤＰ１〜ＤＰ４を、例えば、図２のトナーパターンＤＰ１に続けて、副方向の上流側に４パターン形成し、これらを反射型光学センサＯＳ１により順次にトナー濃度検出に供することもできる。その場合には、例えば、反射型光学センサＯＳ４を省略して、３個の反射型光学センサＯＳ１〜ＯＳ３で、主走査方向の３箇所において位置検出パターンＰＰ１〜ＰＰ３の検出を行っても良い。
【０１２７】
位置検出パターンＰＰ１〜ＰＰ４は、図２に示すように、転写ベルト１７上における反射型光学センサＯＳ１〜ＯＳ４に対応する位置に形成され、主方向に平行なライン状パターンと、主方向に対して斜めに傾斜したライン状パターンとにより構成されている。これらライン状パターンは、主方向に平行なものと主方向に対して傾いたものが１本づつペアをなし、各ペアはイエロー、マゼンタ、シアン、黒の各トナーで形成される。
【０１２８】
上には、記録シートを搬送して転写するための転写ベルト１７上に形成されるトナーパターンを検出する例を説明したが、画像形成装置の形態によっては潜像担持体として感光体や中間転写ベルト（または中間転写体）上に形成されるトナーパターンを反射型光学センサによって検出することもできる。
【０１２９】
以下、反射型光学センサとトナーパターンの検出を、実施の形態を通じて説明する。
【０１３０】
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。
【０１３１】
図３（ａ）において上下方向が「主方向」、左右方向の左向きが「副方向」である。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。
【０１３２】
照射手段をなす発光部Ｅ１〜Ｅ５と、受光手段をなす受光部Ｄ１〜Ｄ５とは、主方向において同じ位置に位置している。即ち、受光部Ｄ１〜Ｄ５の配列ピッチは、発光部Ｅ１〜Ｅ５の配列ピッチと等しい。
【０１３３】
転写ベルト１７の表面は滑らかであって、個々の発光部から放射された検出光の転写ベルト表面での正反射光は、対応する受光部と、対応する受光部に隣接する２つの受光部の計３個の受光部で受光するようになっているものとする。従って、図３（ｂ）において、発光部Ｅ３が点灯した場合、発光部Ｅ３から放射された検出光の転写ベルト表面での正反射光は、Ｅ３に対応する受光部Ｄ３とＤ３に隣接するＤ２とＤ４には受光されるが、Ｄ１とＤ５には受光されない。つまり、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４の３つの受光部における出力は０ではないが、Ｄ１とＤ５の２つの受光部における出力は０となる。
【０１３４】
発光部Ｅ１〜Ｅ５は具体的にはＬＥＤであり、受光部Ｄ１〜Ｄ５は具体的にはＰＤ（フォトダイオード）である。
【０１３５】
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。
【０１３６】
前述の如く、トナー濃度検知用のトナーパターンＤＰ１は、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色トナーごとに形成されるが、図３（ａ）に示すトナーパターンＤＰ１はイエロートナーにより構成される。トナーパターンＤＰ１は、濃度を複数階調（図の例で５階調）に変化させて個々のパターンを矩形状に形成したものである。即ち、トナーパターンＤＰ１は、濃度階調の異なる５個の「矩形状のトナーパターン」の集合である。これら濃度階調の異なる矩形状のトナーパターンは、光走査におけるレーザパワーまたは発光デューティの調整や現像バイアスの調整によって形成できる。
【０１３７】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、トナーパターンＤＰ１は支持部材である転写ベルト１７の表面に形成されて副方向に移動しつつ、反射型光学センサＯＳ１の検出距離に近づいていく、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が検出距離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。
【０１３８】
発光部Ｅ１〜Ｅ５から放射された検出光が転写ベルト１７の表面に形成するスポットの大きさは、発光部Ｅ１〜Ｅ５のピッチ（例えば３ｍｍとする。）よりも小さく（例えば２ｍｍとする。）転写ベルト上で５つのスポットが主方向に互いに接して配列するようになっている。
【０１３９】
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２ｍｍ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。
【０１４０】
発光部の点灯は、発光部Ｅ１から発光部Ｅ５に向かって順次に行われる。即ち、先ず、発光部Ｅ１が点灯して消灯し、続いて発光部Ｅ２が点灯して消灯する。次いで発光部Ｅ３の点灯・消灯が続き、さらに発光部Ｅ４、発光部Ｅ５の順に点灯・消灯が行われる。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」という。
【０１４１】
前述の如く、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は、反射光は正反射光である。
【０１４２】
そして、個々の発光部から放射された検出光の転写ベルト表面での正反射光は、対応する受光部とそれに隣接する２つの受光部（発光部に対応しない残りの受光部）にのみ入射するようになっている。これを図４で説明する。図４は、発光部Ｅ３だけが点灯した時、発光部Ｅ３から放射した検出光の転写ベルト１７による正反射光の各受光部における検知出力を示している。横軸は受光部、縦軸は検知出力の大きさを示している。ここで、受光部Ｄ１と受光部Ｄ５の検知出力は０である。
【０１４３】
このような条件下で、例えば、トナーパターンＤＰ１の主方向の中心部が発光部Ｅ３からの検出光のスポットで照射される位置にある場合を考えてみると、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と受光部Ｄ２で受光される。この時、発光部Ｅ１だけが点滅している場合、対応する受光部Ｄ１における検知出力は、受光部Ｄ３の検知出力と同程度となり、受光部Ｄ２における検知出力は、受光部Ｄ４の検知出力と同程度である。
【０１４４】
同様に、発光部Ｅ２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と受光部Ｄ２と受光部Ｄ３で受光され、発光部Ｅ４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Ｄ３と受光部Ｄ４と受光部Ｄ５で受光され、発光部Ｅ５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Ｄ４と受光部Ｄ５で受光される。発光部Ｅ２だけが点灯している場合、対応する受光部Ｄ２における検知出力は、受光部Ｄ３の検知出力と同程度となり、受光部Ｄ１における検知出力は、受光部Ｄ２と同程度であり、受光部Ｄ３における検知出力は、受光部Ｄ４の検知出力と同程度となる。発光部Ｅ４だけが点滅している場合、対応する受光部Ｄ４における検知出力は、受光部Ｄ３の検知出力と同程度となり、受光部Ｄ３における検知出力は、受光部Ｄ２と同程度であり、受光部Ｄ５における検知出力は、受光部Ｄ４の検知出力と同程度となる。
【０１４５】
発光部Ｅ５だけが点滅している場合、対応する受光部Ｄ５における検知出力は、受光部Ｄ３の検知出力と同程度となり、受光部Ｄ４における検知出力は、受光部Ｄ２の検知出力と同程度である。
【０１４６】
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、図３（ｃ）に示すように、検出光はトナーパターンＤＰ１により正反射されるとともに拡散反射される。
【０１４７】
この時、各受光部における検知出力分布を図５に示す。Ｄ１とＤ５における検知出力は、トナーパターンによる拡散反射寄与分のみ、Ｄ３における検知出力はトナーパターンによる正反射寄与分のみであるが、Ｄ２とＤ４における検知出力は、トナーパターンによる拡散反射寄与分と正反射寄与分が混在している。
【０１４８】
そこで、検出光の照射対象物が転写ベルト上のトナーパターンＤＰ１である場合の受光部Ｄ１〜Ｄ５の出力を見ると、受光部Ｄ３の受光量は照射対象物が転写ベルト１７単体である場合に比べて低いものとなり、他の受光部での出力は０以外の値になる。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、発光部Ｅ３の位置にあることがわかる。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おいて、発光部Ｅ３とＥ４の間にあることがわかる。また、発光部Ｅ４を点灯させた時、受光部Ｄ３の出力の方が受光部Ｄ５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」にあることがわかる。
【０１４９】
このようにして、トナーパターンＤＰ１の主方向の位置を「発光部Ｅｉ（ｉ＝１〜５）の配列ピッチ」の精度で検出することができる。
【０１５０】
これを敷衍すると、Ｍを例えば１００として１００個の発光部Ｅ１〜ＥＭを例えば１００μｍピッチで主方向に配列すると、配列幅は１０ｍｍになる。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の表面に形成するスポットの大きさが８０μｍであり、支持部材で正反射されて受光部Ｄｊ（ｊ＝ｉ−１，ｉ，ｉ＋１）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ＥｉとＥｉ＋１が点灯したとき、受光部ＤｉとＤｉ＋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ＥｉとＥｉ＋１との間の位置」にあることがわかる。即ち、副方向の大きさ：１００μｍのトナーパターンの、主方向の位置を１００μｍの精度で検出することができる。
【０１５１】
上記のように、例えば１００個の発光部を１００μｍピッチで主方向に配列することはＬＥＤアレイを用いれば容易に実現できるし、１００個の受光部を１００μｍピッチで主方向に配列することはＰＤアレイを用いれば容易に実現でき、ＬＥＤアレイやＰＤアレイによっては数１０μｍ〜数１００μｍの配列ピッチを容易に実現できる。
【０１５２】
図３に即して説明した例の反射型光学センサは、発光部Ｅ１〜Ｅ５として独立したＬＥＤ，受光部Ｄ１〜Ｄ５として独立したＰＤ、例えば、樹脂モールドタイプや表面実装タイプのものを高密度に集積して構成できる。超小型のＬＥＤやＰＤを用いれば、各々の素子のサイズはｍｍオーダであり、配列ピッチとしては１ｍｍ程度の実装が可能となる。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。
【０１５３】
上述の如く、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濃度が５段階に階調変化する矩形形状のトナーパターンが副方向に所定のピッチで配列形成されている。
【０１５４】
上記の如く、発光部Ｅ１〜Ｅ５を順次に点滅し、例えば、発光部Ｅ３からの検出光の光スポットがトナーパターンを照射したとすると、受光部Ｄ３では正反射光の入射量が低くなって出力が小さく、他の受光部では拡散反射光の入射により出力が大きくなる。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単調に減少し、拡散反射光はトナー濃度の増加に単調に増大する。
【０１５５】
トナー濃度検出方法は、転写ベルトとトナーパターンとの反射特性の差に基づくものであるため、前述した正反射光や拡散反射光に着目する。仮に、拡散反射光に着目した時、トナーパターンの反射における拡散反射光はトナー濃度の増加に単調に増大する。また、転写ベルトの反射における反射光は全て正反射光であるため、反射光の拡散反射光による寄与分は０である。
【０１５６】
したがって、トナー濃度が低いパターンと転写ベルトとの反射特性の差は小さく、トナー濃度が高いパターンと転写ベルトとの反射特性の差は大きくなる。
【０１５７】
ここで、上で示したトナーパターンＤＰ１によるトナー濃度検出方法において、トナー濃度検出効率を向上させるアルゴリズムを、図４と図５を用いて説明する。
【０１５８】
転写ベルト上にトナーパターンが存在しない場合、発光部Ｅ３が点灯して検出光が転写ベルト１７の表面を照射した時の転写ベルト１７の表面からの反射光をＤ１〜Ｄ５の５個の受光部で検出すると、Ｄ２〜Ｄ４の３つの受光部における検知出力は０ではないが、Ｄ１とＤ５における検知出力は０となっている。ここで、Ｄ２における検知出力をａ、Ｄ３における検知出力をｂ、Ｄ４における検知出力をｃと置くと、転写ベルトの反射特性は（ａ+ｂ+ｃ）と表すことができる。
【０１５９】
また、点灯している発光部Ｅ３に対応する受光部Ｄ３における検知出力と、受光部Ｄ３を除く転写ベルトからの正反射光の到達範囲内に位置する各受光部（ここでは、受光部Ｄ２と受光部Ｄ４）の検知出力との比を導くことができる。Ｄ３とＤ２との比：ＶはＶ＝ａ／ｂ、Ｄ３とＤ４との比：Ｖ’はＶ’＝ｃ／ｂとなる。
【０１６０】
転写ベルト上にトナーパターンが存在する場合、発光部Ｅ３が点灯して検出光が転写ベルト上のトナーパターンＤＰ１を照射すると、検出光はトナーパターンによって正反射されるとともに、拡散反射される。Ｄ３の受光部は照射対象物の正反射光しか検出しないため、正反射光寄与分しか含んでいないが、Ｄ３を除く４つの受光部における検知出力は全て、拡散反射光による寄与分を含んでいる。
【０１６１】
但し、Ｄ１とＤ５の２つの受光部における検知出力は、拡散反射光による寄与分しか含んでいない。これは、照射対象物を転写ベルトとした時に、転写ベルトによる正反射光が、Ｄ２〜Ｄ４の３個の受光部でしか受光されてない結果から容易にわかる。それに対し、受光部Ｄ２とＤ４の２つの受光部における検知出力は、トナーパターンによる正反射寄与分と拡散反射寄与分とが混合している。
【０１６２】
この混合の比率を計算するために、図６を用いて説明する。発光部Ｅ３からの検出光が転写ベルト上のトナーパターンによって反射された時の受光部Ｄ２における検知出力をｄ、受光部Ｄ３における検知出力をｅ、Ｄ４における検知出力をｆとすると、Ｄ２における検知出力ｄのうち、Ｖ・ｅがトナーパターンによる正反射寄与分、残りの（ｄ−Ｖ・ｅ）がトナーパターンによる拡散反射寄与分となる。同様に、Ｄ４における検知出力ｆのうち、Ｖ’・ｅがトナーパターンによる正反射寄与分、残りの（ｆ−Ｖ’・ｅ）がトナーパターンによる拡散反射寄与分となる。このように、Ｄ２とＤ４における検知出力は、正反射寄与分と拡散反射寄与分に分割できる。
【０１６３】
そこで、発光部Ｅ３だけを点灯させた場合、照射される検出光の対象物がトナーパターンであるとすると、Ｄ１〜Ｄ５の全受光部のトナーパターンによる正反射光寄与分の和は、ｅ・（１＋Ｖ＋Ｖ’）となり、Ｄ３における受光部のみしかトナー濃度検出のために用いない場合に比べて、出力値がｅ・（Ｖ＋Ｖ’）増える。同様に、Ｄ１〜Ｄ５の全受光部のトナーパターンによる拡散反射寄与分の和は、Ｄ１における検知出力をｇ、Ｄ５における検知出力をｈとすると、（ｇ＋ｈ＋（ｄ−Ｖ・ｅ）＋（ｆ−Ｖ’・ｅ））となり、Ｄ１とＤ５における「受光部のみ」しかトナー濃度検出のために用いない場合に比べて、出力値が（ｄ−Ｖ・ｅ）＋（ｆ−Ｖ’・ｅ）増える。
【０１６４】
つまり、Ｄ２とＤ４における検知出力を正反射寄与分と拡散反射寄与分に分割し、図７で示すようにＤ１〜Ｄ５の全受光部でのトナーパターンによる正反射寄与分の和と拡散反射寄与分の和を求め、各受光部における検知出力の正反射寄与分を全受光部にわたって足し合わせた総和と、各受光部における検知出力の拡散反射寄与分を全受光部にわたって足し合わせた総和それぞれをトナーパターンによる反射特性とし、これら２つの反射特性と上述した転写ベルトによる反射特性との差に基づいてトナー濃度を演算的に検出した方が、反射光を有効に使える。
【０１６５】
したがって、上記アルゴリズムをトナー濃度検出方法に適用すれば、受光部の出力が向上する。結果として、発光部の低電力化や長寿命化につながる。
【０１６６】
上では、説明の便宜上のため、Ｍ＝Ｎ＝５の例を用いてアルゴリズムを説明したが、Ｍを例えば１００として１００個の発光部をＥ１〜Ｅ１００とし、Ｎ＝１００として１００個の受光部をＤ１〜Ｄ１００とした場合でも、上述のアルゴリズムを説明できる。
【０１６７】
例えば、トナーパターンＤＰ１の主方向の中心部が発光部Ｅ５０からの検出光のスポットで照射される位置にある場合を考えてみる。
【０１６８】
まず、上記トナーパターンが上記発光部Ｅ５０からの検出光のスポットで照射されない位置、つまり発光部Ｅ５０からの検出光の照射対象物が転写ベルト１７単体である時の各受光部における検知出力から、転写ベルトからの正反射光を検出できる受光部と検出できない受光部を特定する。そして、発光部Ｅ５０に対応する受光部Ｄ５０の検知出力と、転写ベルトからの正反射光を検出できる受光部のうち受光部Ｄ５０を除く全ての受光部の検知出力との比率（上述のＶやＶ’）を算出する。
【０１６９】
その後、トナーパターンＤＰ１の主方向の中心部が発光部Ｅ５０からの検出光のスポットで照射される位置にある場合に、転写ベルト上のトナーパターンからの正反射光と拡散反射光を各受光部で検出する。この時、発光部Ｅ５０に対応する受光部Ｄ５０における検知出力は、トナーパターンによる正反射寄与分のみであるため、Ｄ５０における検知出力、それ以外の受光部における検知出力、上述した比率を用いることで、転写ベルトからの正反射光を検出できる受光部のうち受光部Ｄ５０を除く全受光部における検知出力を、トナーパターンによる正反射寄与分とトナーパターンによる拡散反射寄与分に分割できる。
【０１７０】
したがって、発光部と受光部が１００個の場合でも、上記アルゴリズムは適用できる。また、説明は省略するが、Ｍ≠Ｎの場合でも上記アルゴリズムは適用できる。
【０１７１】
さらに、上記アルゴリズムは、転写ベルトが正反射体ではなく、拡散体の場合でも適用できる。このことを以下で説明する。説明の便宜上、Ｍ＝Ｎ＝７とする。
【０１７２】
図８に発光部と受光部数が７つである反射型光学センサを示す。先に示した図３（ａ）の反射型光学センサと、発光部と受光部の数が異なることだけを除けば、特性は同じである。図９は、図３（ｂ）と同様に、図８に示した反射型光学センサの側面図を示している。また、図１０は、トナーパターンＤＰ１の主方向の中心部が発光部Ｅ４からの検出光のスポットで照射される位置にある場合のトナーパターンによる検出光の反射を示している。
【０１７３】
説明の具体性のため、転写ベルト１７は拡散体であって、個々の発光部から放射された検出光の転写ベルト表面での反射光は、点灯させる発光部に対応する受光部と、それに隣接する２つの受光部、さらに発光部に対応する受光部に隣接する受光部に隣接する受光部では、検出されるようになっているものとする。
【０１７４】
従って、図９において、発光部Ｅ４が点灯した場合、発光部Ｅ４から放射された検出光の転写ベルト表面での反射光は、Ｅ４に対応する受光部Ｄ４とＤ４に隣接するＤ３とＤ５に加え、Ｄ２とＤ６の計５個の受光部では受光されるが、Ｄ１とＤ７には受光されない。
【０１７５】
つまり、Ｄ２〜Ｄ６の５つの受光部における出力は０ではないが、Ｄ１とＤ７の２つの受光部における出力は０となる。発光部Ｅ１〜Ｅ７は具体的にはＬＥＤであり、受光部Ｄ１〜Ｄ７は具体的にはＰＤ（フォトダイオード）である。
【０１７６】
拡散体である転写ベルト（以下、弾性転写ベルト）上にトナーパターンが存在しない場合、発光部Ｅ４が点灯して検出光が弾性転写ベルトの表面を照射し、弾性転写ベルトの表面からの反射光をＤ１〜Ｄ７の７個の受光部で検出すると、図１１に示すように、Ｄ２〜Ｄ６の５つの受光部における検知出力は０ではないが、Ｄ１とＤ７における検知出力は０となる場合がある。ここで、Ｄ４における出力は、弾性転写ベルトによる正反射寄与分のみであることが分かるが、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ６の４つの受光部での検知出力は、弾性転写ベルトによる正反射寄与分のみであるのか、拡散反射寄与分のみであるのか、正反射寄与分と拡散反射寄与分の混合であるのかが判別できない。
【０１７７】
そこで、弾性転写ベルトを照射対象物にした時のＰＤ出力分布を取得する前に、参照試料として正反射体である転写ベルト（以下、単に転写ベルト）を照射対象物にして、ＰＤ出力分布を取る必要がある。この時のＰＤ出力分布が図１２に示すようになったとすると、図１１におけるＤ２とＤ６での検知出力は、弾性転写ベルトによる拡散反射寄与分のみであることがわかる。
【０１７８】
したがって、図１１におけるＤ３とＤ５における出力が、弾性転写ベルトによる正反射寄与分と拡散反射寄与分の混合となる。図１１におけるＤ３とＤ５における検知出力は、照射対象物が転写ベルトの場合における受光部Ｄ２の出力をａ’、受光部Ｄ３の出力をｂ’、受光部Ｄ４の出力をｃ’とすれば、図３に即した説明の場合と同様に、正反射寄与分と拡散反射寄与分に容易に分割できる。さらに、照射対象物を弾性転写ベルト上のトナーパターンにした時のＰＤ出力分布が図１３のようになったとしても、照射対象物が転写ベルトの場合のＰＤ出力分布（図１２）を用いれば、各受光部におけるトナーパターンによる正反射寄与分と拡散反射寄与分の混合比率が容易に求まる。
【０１７９】
このように、参照試料として正反射体のＰＤ出力分布を取る必要はあるが、転写ベルトを拡散体にしても、先述したアルゴリズムは適用できる。
【０１８０】
上には、反射型光学センサを用いてトナー濃度検出用のトナーパターンに的確に検出光を照射でき、トナー濃度を精度よく検出できることに加え、トナー濃度検出効率を向上させるアルゴリズムについて説明した。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。
【０１８１】
図１５の実施形態の場合でいうと、発光部Ｅ１〜Ｅ５、受光部Ｄ１〜Ｄ５として、独立した超小型のＬＥＤやＰＤを用いこれらを１ｍｍ程度の配列ピッチで実装したとすると、トナー検出用の検出パターンＤＰ１の主方向の大きさは１ｍｍ程度でよく、図３（ａ）に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り、そうすると、トナーパターンＤＰ１の占める面積は、５ｍｍ２となる。
【０１８２】
従来の２５ｍｍ×２５ｍｍのトナーパターンの場合からすると、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。
【０１８３】
図３（ｄ）〜（ｆ）は、「位置検出パターンＰＰ１による位置検出」を説明図的に示している。
【０１８４】
位置検出パターンＰＰ１は、図に示すように、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。
【０１８５】
これらの各トナーによるライン状パターンのペアは、副方向（図３（ｄ）〜（ｆ）において上下方向）に一定の間隔をなすように形成される。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。
【０１８６】
副方向の位置関係が適正であるか否かを検出するには、図３（ｆ）に示すように、位置検出パターンＰＰ１が反射型光学センサに近づくタイミングを計って、適当なタイミングで例えば、発光部Ｅ３を連続点灯させる。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。
【０１８７】
そして検出光がライン状パターンを照射するとき、受光部Ｄ１〜Ｄ５の出力を時間的に追跡することにより、検出光が４本のライン状パターンを照射する時間の間隔を検出することができ、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。
【０１８８】
またトナー画像相互の主方向のずれは、以下のようにして検出できる。この場合の検出をイエロートナー画像の場合につき、図３（ｅ）、（ｆ）に即して説明する。
【０１８９】
図３（ｅ）は、イエロートナー画像が主方向（図の左右方向）に適正な位置にある場合を示し、このとき発光部Ｅ３からの検出光のスポットライン状パターン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をＴとする。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。
【０１９０】
即ち、ライン状パターンＬＰＹ２が主方向になす角をθとし、支持部材である転写ベルト１７の副方向への移動速度をＶとすれば、
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。
【０１９１】
上述の如く、図３（ａ）〜（ｃ）に即して説明したトナーパターンの検出では、反射型光学センサＯＳ１において、発光部Ｅ１〜Ｅ５が順次に点滅した。この場合、発光部Ｅ１が点灯・消灯してから発光部Ｅ５が点灯して消灯するまでには有限の時間がかかる。この時間を仮に「スキャン時間」と呼ぶことにする。
【０１９２】
上記の例では、発光部Ｅ１〜Ｅ５が順次点滅するスキャン時間中、トナーパターン（個々の矩形形状のトナーパターン）は、反射型光学センサのスポット走査領域（検出光のスポットによる順次の点滅でスポット走査が行われる領域）に存在しなければならない。換言すれば、発光部Ｅ１〜Ｅ５は、トナーパターンが上記スポット走査領域内に存在する間に、順次の点灯・消灯を完了させなければならない。
【０１９３】
スキャン時間は、反射型光学センサに含まれる発光部の数：Ｍが少なければ短時間であり、殆ど瞬時である。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、トナーパターンサイズを小サイズ化する必要があり、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ず、トナーパターンと反射型光学センサとの主方向の相対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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
そうすると、発光部の数：Ｍが大きくなってスキャン時間が長くなると、支持部材の移動速度：Ｖによっては、トナーパターンがスポット走査領域を通過する時間が、スキャン時間よりも短くなってしまう場合もあり、このような場合には適正なトナー濃度検出は困難になってしまう。
【０１９６】
図１４（ａ）、（ｂ）は、このような問題を解消できる実施の形態を示す図である。
【０１９７】
図１４（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。
【０１９８】
図１４（ａ）に示す実施の形態では、発光部Ｅ１〜Ｅ１５および受光部Ｄ１〜Ｄ１５の配列が１方向（図の上下方向）に３分割され、分割された各部分、即ち、発光部Ｅ１〜Ｅ５・受光部Ｄ１〜Ｄ５の部分、発光部Ｅ６〜Ｅ１０・受光部Ｄ６〜Ｄ１０の部分、発光部Ｅ１１〜Ｅ１５・受光部Ｄ１１〜Ｄ１５の部分が、トナー濃度検知を行う状態において、支持部材の副方向（図の左右方向）への移動速度に応じた所定のずれ幅（ΔＬとする。）で副方向にずれている。
【０１９９】
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の順次の点灯・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。
【０２００】
この時間：ｓｔ／３の間に、トナーパターンは「Ｖ・ｓｔ／３」だけ副方向へ変位するので、上記ずれ量：ΔＬを
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。
【０２０１】
図１４（ｂ）に示す実施の形態では、１５個の発光部・受光部は、その配列する１方向が、トナー濃度検知を行う状態において、主方向（図１４（ｂ）において上下方向）に対し、支持部材の副方向（図の左方向）への移動速度（Ｖとする。）に応じた所定の角（αとする。）だけ傾いている。
【０２０２】
この場合、スキャン時間をｓｔとし、発光部Ｅ１〜Ｅ１５・受光部Ｄ１〜Ｄ１５の主方向の配列長をＺとすれば、
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。
【０２０３】
図１５に示す実施の形態では、以下のようにしてスポット走査の適正化を図っている。
【０２０４】
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。
【０２０５】
図１５の実施の形態における１５個の発光部・受光部は、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（図面の上下方向）に略平行となっている。
【０２０６】
１５個の発光部と１５個の受光部は、５個の発光部と５個の受光部とが発光部・受光部対を構成し、受光部・発光部対が３対、主方向に同列的に配置している。
【０２０７】
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。
【０２０８】
受光部・発光部対Ｇ１〜Ｇ３は構造的には同一である。
【０２０９】
そして、１５個の発光部はトナー濃度検知を行う状態において、３対の発光部・受光部対Ｇ１〜Ｇ３における互いに対応する３個の発光部が同時、且つ、順次に点滅される。
【０２１０】
即ち、スポット走査が行われるとき、先ず、受光部・発光部対Ｇ１〜Ｇ３における１番目の発光部Ｅ１１、Ｅ２１、Ｅ３１が同時に点灯・消灯し、続いて、発光部Ｅ１２、Ｅ２２、Ｅ３２が同時に点灯・消灯し、以下、発光部Ｅ１３、Ｅ２３、Ｅ３３の同時の点灯・消灯、発光部Ｅ１４、Ｅ２４、Ｅ３４の同時の点灯・消灯、発光部Ｅ１５、Ｅ２５、Ｅ３５の同時の点灯・消灯が行われる。
【０２１１】
このようにすると、スキャン時間を図１４の場合に比してｓｔ／３に短縮することができ、トナーパターンがスポット走査領域内を通過している間にスポット走査を完了できる。
【０２１２】
なお、図１５に示す発光部・受光部対Ｇ１〜Ｇ３における発光部Ｅ１１、Ｅ２１、Ｅ３１の位置、受光部Ｄ１１、Ｄ２１、Ｄ３１の位置を図１４に示す位置に残し、他の発光部・受光部を図１４（ｂ）の実施の形態のように、支持部材の副方向（図の左方）への移動速度に応じた角度で傾けてもよい。
【０２１３】
図１４、図１５に示す実施の形態のように、発光部および受光部の数を増やすことによって、配列ピッチが等しい場合には、反射型光学センサの主方向の長さが大きくなりセンシング領域が長くなるので主方向に対するトナーパターンの位置ずれに対する許容量が大きくなる。また、反射型光学センサの長さが等しい場合には、発光部および受光部の配列ピッチが短くなり、主方向の空間分解能が高くなる。
【０２１４】
前述の如く、反射型光学センサを構成する、発光部の数：Ｍと、受光部の数：Ｎとは同数であることを要しない。即ち、Ｍ≠Ｎであることができる。このような場合の実施の形態を３例、図１６に示す。
【０２１５】
図１６（ａ）に示す形態例は、Ｎ＝１５とし、Ｍ＝３０とした例である。
【０２１６】
発光部は発光部Ｅ１１〜Ｅ１ｉ〜Ｅ１５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〜Ｅ２５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。
【０２１７】
この場合、発光部Ｅ１ｉおよびＥ２ｉに対応する受光部はＤｉである。
【０２１８】
１５個の受光部Ｄ１〜Ｄｉ〜Ｄ１５は、上記２列の発光部列に挟まれるようにして主方向に１列等ピッチで配列され、各受光部は対応する発光部と主走査方向に同一位置に位置するようになっている。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。
【０２１９】
発光部として一般的に用いられる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。
【０２２０】
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。このような場合、図１６（ａ）に示すように、発光部面積を大きくせず、発光部を２列にして、電流密度は変えずに、光の出力を２倍にすることが好ましい。
【０２２１】
図１６（ｂ）の形態例は、逆にＭ＝１５、Ｎ＝３０とした例である。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個づつの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。
【０２２２】
この場合、発光部Ｅｉに対応する受光部はＤ１ｉおよびＤ２ｉである。
【０２２３】
このように受光手段を構成するＰＤを２列にして検出光（反射光）を受光することにより、受光感度を２倍に高めることができる。ＰＤを１列配列のままで、受光部面積を副走査方向に２倍とすることでも受光感度向上は望めるが、支持部材やトナーパターンから反射した反射光のスポットサイズによっては（そのスポットサイズが小さい場合は特に）受光感度の向上率は小さい。それよりも図１６（ｂ）に示すように、ＬＥＤの配列を挟むようにして、副方向に対称な位置に２列配列するほうが受光感度の向上を期待できる。
【０２２４】
先に図２〜図１６（ｂ）に即して説明した実施の形態では、発光部・受光部の配列ピッチは等ピッチであり、発光部の配列ピッチと受光部の配列ピッチは互いに等しい。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。
【０２２５】
図１６（ｃ）はこのような場合の形態例である。
【０２２６】
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。
【０２２７】
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ことが可能である。この場合、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。
【０２２８】
なお、反射型光学センサを主走査方向に対して、ある角度傾けて配置することにより、主方向の空間分解能を高めることが可能である。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。
【０２２９】
上に説明した種々の実施の形態では、発光部や受光部を各々独立したＬＥＤやＰＤ、例えば樹脂モールドタイプや表面実装タイプのものを高密度に集積して構成する場合を説明した。
【０２３０】
前述の如く、超小型のＬＥＤやＰＤを用いれば各々の素子サイズはミリオーダであり、配列ピッチとしては１ｍｍ程度の実装が可能である。
【０２３１】
空間分解能を高めるためには、基本的に発光部・受光部の配列ピッチを小さくする必要があるが、これはＬＥＤやＰＤが一体的にアレイ配列するＬＥＤアレイやＰＤアレイを用いることで実現できる。この場合の実施の形態を図１７に２例示す。
【０２３２】
図１７（ａ）に示す形態例は、６個の発光部Ｅ１〜Ｅ６として「６個のＬＥＤを同一基板上に一体的に等ピッチで１列に配列」したＬＥＤアレイＥＡ（照射手段）と、６個の受光部Ｄ１〜Ｄ６として「６個のＰＤを同一基板上に一体的に等ピッチで配列」したＰＤアレイＤＡ（受光手段）を、同一のハウジングに組み込んだ反射型光学センサＯＳ１１を示している。
【０２３３】
図１７（ｂ）に示す形態例は同一の基板上に、６個の発光部Ｅ１〜Ｅ６として６個のＬＥＤを等ピッチで１列にアレイ配列するとともに、６個の受光部Ｄ１〜Ｄ６として６個のＰＤを等ピッチで１列にアレイ配列して照射手段と受光手段を同一基板上に形成して発光部・受光部アレイＤＥＡとし、この発光部・受光部アレイＤＥＡを、同一のハウジングに組み込んだ反射型光学センサＯＳ１２を示している。
【０２３４】
図１７に示すように、発光部の配列ピッチと受光部の配列ピッチは等しく、対応する発光部・受光部は主方向において同一位置にある。しかし、これに限らず、図１６に示した各形態例のように発光部数と受光部数は異ならせることができ、配列ピッチを異ならせることもできる。
【０２３５】
なお、図１７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。
【０２３６】
このように照射手段・受光手段として、ＬＥＤアレイやＰＤアレイを用いれば、発光部・受光部の配列ピッチとして、数１０μｍ〜数１００μｍオーダのピッチが可能であり、空間分解能を大きく向上させることが可能となる。
【０２３７】
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１７（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。
【０２３８】
ところで、トナーパターンの反射特性は、トナーパターンを構成するトナーの色により異なる波長依存性を有するが、近赤外から赤外の波長、特に、８００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域では反射特性に対する波長依存性が殆どない。
【０２３９】
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。
【０２４０】
また、受光手段を構成するＮ個の受光部の波長感度特性が相互に異なると、同じトナーパターンからの反射光を受光しても、受光部ごとに出力が変化してトナー濃度検出のための演算処理に対して誤差になる。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は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。
【０２４１】
また、照射手段から放射される検出光が受光手段により効率よく受光されるためには、発光部を構成するＬＥＤの発光波長と、受光部を構成するＰＤのピーク感度波長が数１０ｎｍレベルの範囲で略同一であることが好ましい。
【０２４２】
一般に、発光素子として用いられるＧａＡｓ系ＬＥＤの発光波長は９５０ｎｍ程度、受光素子として用いられるＳｉ系ＰＤのピーク感度波長は８００ｎｍであり、上記の条件を満足するので、この発明の発光部・受光部として好適に用いることができる。
【０２４３】
また、ＬＥＤやＰＤの組成やデバイス構造を調整することによって波長帯域をシフトさせることができるので、ＬＥＤの発光波長とＰＤのピーク感度波長を略同一とすることもできる。
【０２４４】
前述の如く、反射型光学センサにおける照射手段の個々の発光部から放射される検出光は支持部材やトナーパターンにスポット状に照射される。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、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。
【０２４５】
勿論、独立したＬＥＤを配列して発光部を形成する場合、各ＬＥＤが照射光を集光する機能を持っていても、上記照明用光学系を用いて、検出光の照射部により有効に照射を行うことができる。
【０２４６】
このような場合の実施の形態を以下に説明する。
【０２４７】
図１８に示す実施の形態について説明すると、図１８（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配列してなり、受光手段は、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いる。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。
【０２４８】
図１８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、符号ＬＥは「照明用光学系」、符号ＬＤは受光用光学系を示す。図１８（ａ）〜（ｃ）に示すように、照明用光学系ＬＥ，受光用光学系ＬＤは共にシリンドリカルレンズであり副方向に正のパワーをもつ。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。
【０２４９】
トナー濃度検出の動作は、図２、図３に即して説明したとおりである。
【０２５０】
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。
【０２５１】
なお、照明用光学系、受光用光学系は、支持部材やトナーパターンへ照射する検出光のスポットの適切形状、受光部が受光する受光スポットの適切形状を実現できる形態にすることができる。照明用光学系と受光用光学系を同一形状にすれば、これら光学系のコストダウンが図れる。図１８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。
【０２５２】
照明用光学系・受光用光学系を用いる他の実施形態を説明する。
【０２５３】
図１９に示す実施の形態では、反射型光学センサ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の照明効率を高める機能を有する。図１８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。
【０２５４】
照明用光学系は、図１９（ａ）に示すように、各発光部Ｅｉに１対１対応するアナモフィックレンズＬＥｉを用い、受光用光学系には、図１８（ｃ）に示すような、副方向にのみパワーを持つシリンドリカルレンズを用いることもできる。照明用光学系の形態と受光用光学系の形態の組み合わせは、消耗の照明効率や検出光のスポット形状、所望の受光効率や受光スポット形状に応じて選択できる。図１９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。
【０２５５】
図２０には、さらに、別の実施形態を２例示す。
【０２５６】
図２０（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。
【０２５７】
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み付けるよりも、組み付けが容易であり、またレンズ面間の配置精度を高めることができる。
【０２５８】
図２０（ａ）には図示されていないが、受光用光学系も同様に「受光用のレンズを一体化した構成」とすることができる。
【０２５９】
図２０（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。
【０２６０】
図２０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２０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。
【０２６１】
照明用光学系や受光用光学系は、図１４や図３のような発光部・受光部配列の場合には、発光部・受光部の配列に応じて適宜の形態をとることは言うまでも無い。
【０２６２】
照明用光学系や受光用光学系をレンズアレイもしくはレンズ面アレイで形成する場合、レンズやレンズ面の配列ピッチは等しいことが好ましいことは言うまでも無い。
【０２６３】
以下、請求項１９、２０、２８に係る発明の実施形態を説明する。  
図２１は、図３（ａ）の部分を加筆して描き改めたものであり、図３（ａ）におけると同一の符号は、図３（ａ）におけると同一のものを示している。この例に即して以下の説明を行なう。
【０２６４】
図２１において、上下方向が「主方向」、左右方向の左向きが「副方向」であり、反射型光学センサＯＳ１は、検出光を放射する検出光用の発光部Ｅ１〜Ｅ５（Ｍ＝５個）を主方向に所定ピッチで等間隔に配置して「照射手段」とする。  
また、反射光を受光する受光部Ｄ１〜Ｄ５（Ｎ＝５個）を主走査方向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付けている。
【０２６５】
該ハウジングは、図１に示した画像形成装置内の「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ている。
【０２６６】
照射手段をなす発光部Ｅ１〜Ｅ５と、受光手段をなす受光部Ｄ１〜Ｄ５とは「主方向において同じ位置」に位置し、受光部Ｄ１〜Ｄ５の配列ピッチは、発光部Ｅ１〜Ｅ５の配列ピッチと等しい。
【０２６７】
トナーパターンを形成される転写ベルト１７（図１）の表面は滑らかで、個々の発光部から放射された検出光の「転写ベルト表面での正反射光」は、対応する受光部および対応部する受光部に隣接する２つの受光部の計３個の受光部で受光するようになっている。
【０２６８】
従って、発光部Ｅ３が点灯した場合、発光部Ｅ３から放射された検出光の転写ベルト表面での正反射光は、発光部Ｅ３に対応する受光部Ｄ３と「受光部Ｄ３に隣接する受光部Ｄ２、Ｄ４」には受光され、受光部Ｄ１とＤ５には受光されない。
【０２６９】
従って、この場合であれば、受光部Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４の検出出力は０ではないが、受光部Ｄ１、Ｄ５の２つの受光部からの出力は０となる。
【０２７０】
前述の如く、発光部Ｅ１〜Ｅ５は具体的にはＬＥＤ、受光部Ｄ１〜Ｄ５は具体的にはＰＤ（フォトダイオード）である。
【０２７１】
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」よりも小さくなるように定められている。
【０２７２】
前述の如く、トナー濃度検知用のトナーパターンＤＰ１〜ＤＰ４（図２）はそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色トナーにより形成されるが、図２１に示すトナーパターンＤＰ１は「イエロートナー」により構成されたものである。
【０２７３】
このトナーパターンＤＰ１は、濃度を複数階調（図の例では５階調）に変化させた矩形状のパターンを副方向に１列に配列して形成したものである。  
即ち、トナーパターンＤＰ１は、濃度階調の異なる５個の「矩形状トナーパターン」の集合であるが、これら濃度階調の異なる矩形状トナーパターンは「主走査におけるレーザパワーまたは発光デューティの調整」や「現像バイアスの調整」によって形成できる。また「面積階調法」によっても濃度を変えることができる。
【０２７４】
トナーパターンＤＰ１を構成する５個の「矩形状トナーパターン」を、副方向の進行順に濃度が低いものからパターンＤＰ１−１、ＤＰ１−２、・・、ＤＰ１−５とする。
【０２７５】
トナーパターンＤＰ１は、支持部材である転写ベルトの表面に形成されて副方向に移動し、反射型光学センサＯＳ１の検出領域に近づいていく。  
トナーパターンＤＰ１は形成される時点が定まっており、形成されてから検出領域に近づく適当なタイミングで発光部（ＬＥＤ）Ｅ１〜Ｅ５を点滅制御する。
【０２７６】
発光部Ｅ１〜Ｅ５から放射された検出光が、転写ベルト表面に形成するスポットの大きさは、発光部Ｅ１〜Ｅ５のピッチ（ここでは０．４ｍｍ）よりも小さく（例えば「０．２ｍｍ」とする）転写ベルト上で５つのスポットが主方向に配列するようになっている。
【０２７７】
トナーパターンＤＰ１を構成する「矩形状トナーパターンＤＰ１−１〜ＤＰ１−５」は、主方向の大きさが発光部Ｅｉ（ｉ＝１〜５）のピッチ（０．４ｍｍ）より大きく（例えば０．５ｍｍ）形成されている。
【０２７８】
主方向に隣接するスポットの間（スポットとスポットの間の光照射されない間隔）は０．１ｍｍであるから、矩形状トナーパターンの主方向の大きさ（０．５ｍｍ）よりも小さい。
【０２７９】
発光部の点灯は「発光部Ｅ１から発光部Ｅ５に向かって順次」に行われる。  
即ち、先ず、発光部Ｅ１が点灯して消灯し、続いて、発光部Ｅ２が点灯して消灯する。次いで、発光部Ｅ３、発光部Ｅ４、発光部Ｅ５の順に点灯・消灯が行われる。  
これら発光部Ｅ１〜Ｅ５の順次の点灯・消灯は高速で繰り返される。  
従って、トナーパターンＤＰ１を形成された転写ベルト表面は、検出光の５つのスポットにより主方向に繰り返して走査される（検出光によるスポット走査）。
【０２８０】
転写ベルトの表面は滑らかで「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。  
そして、各発光部Ｅｉから放射された検出光の「転写べルト表面での正反射光」は、対応する受光部Ｄｉとそれに隣接する２つの受光部Ｄｉ−１、Ｄｉ＋１（発光部Ｅｉに対応しない残りの受光部）にのみ入射する。
【０２８１】
図２２（ａ）は、発光部Ｅ３だけが点灯した時、発光部Ｅ３から放射された検出光の転写ベルトによる正反射光の「各受光部における検知出力」を示している。  
図２２（ａ）の横軸は受光部Ｄ１〜Ｄ５、縦軸は検知出力の大きさ（受光量）を示している。正反射光は受光部Ｄ２〜Ｄ４のみで受光されるので、受光部Ｄ１と受光部Ｄ５の検知出力は０である。なお、横軸のＤ（ＡＬＬ）は５個の受光部Ｄ１〜Ｄ５の出力和を表しており、縦軸は、上記条件での受光部Ｄ３の受光量を「１」として規格化した値である。
【０２８２】
このような条件下で、例えば「トナーパターンＤＰ１の主方向の中心部」が発光部Ｅ３からの検出光のスポットで照射される位置にある場合を考えてみる。  
まず、トナーパターンが検出領域にない場合について見ると、発光部Ｅ１から放射された検出光は転写ベルト表面で正反射し、受光部Ｄ１とこれに隣接する受光部Ｄ２で受光される。
【０２８３】
発光部Ｅ１だけが点滅している場合、対応する受光部Ｄ１における検知出力は「図２２（ａ）における受光部Ｄ３の検知出力と同程度」となり、受光部Ｄ２における検知出力は「図２２（ａ）における受光部Ｄ４の検知出力と同程度」である。
【０２８４】
同様に、発光部Ｅ２から放射された検出光は、転写ベルト表面で正反射し、受光部Ｄ１と受光部Ｄ２および受光部Ｄ３で受光される。  
また、発光部Ｅ４から放射された検出光は、転写ベルト表面で正反射し、受光部Ｄ３と受光部Ｄ４および受光部Ｄ５で受光される。  
発光部Ｅ５から放射された検出光は、転写ベルト表面で正反射し、受光部Ｄ４と受光部Ｄ５で受光される。  
発光部Ｅ２だけが点灯している場合、対応する受光部Ｄ２における検知出力は「図２２（ａ）における受光部Ｄ３の検知出力と同程度」で、受光部Ｄ１における検知出力は「図２２（ａ）における受光部Ｄ２と同程度」であり、受光部Ｄ３における検知出力は「図２２（ａ）における受光部Ｄ４の検知出力と同程度」となる。
【０２８５】
発光部Ｅ４だけが点滅している場合、対応する受光部Ｄ４における検知出力は「図２２（ａ）における受光部Ｄ３の検知出力と同程度」、受光部Ｄ３における検知出力は「図２２（ａ）における受光部Ｄ２と同程度」で、受光部Ｄ５における検知出力は「図２２（ａ）における受光部Ｄ４の検知出力と同程度」となる。
【０２８６】
発光部Ｅ５だけが点滅している場合、対応する受光部Ｄ５における検知出力は「図２２（ａ）における受光部Ｄ３の検知出力と同程度」、受光部Ｄ４における検知出力は「図２２（ａ）における受光部Ｄ２の検知出力と同程度」である。
【０２８７】
これに対し、トナーパターンが検出領域に存在し、発光部Ｅ３が点灯し、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」されるとともに「拡散反射」される。  
この時、各受光部Ｄ１〜Ｄ５における検知出力分布を、図２２（ｂ）〜（ｆ）に示す。
【０２８８】
図２２（ｂ）は、矩形状トナーパターンＤＰ１−１を照射したときの検知出力分布、図２２（ｃ）〜図２２（ｆ）はそれぞれ、検出光が矩形状トナーパターンＤＰ１−２〜ＤＰ１−５を照射したとき検知出力分布を示す。  
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つれて受光部Ｄ３の出力は小さくなっていく。
【０２８９】
矩形状トナーパターンＤＰ１−１を例に取り、トナー濃度の演算方法を説明する。  
転写ベルト上にトナーパターンが存在しない場合、発光部Ｅ３が点灯して検出光が転写ベルト表面を照射したときの「転写ベルト表面からの反射光」を５個の受光部Ｄ１〜Ｄ５で検出すると、３個の受光部Ｄ２〜Ｄ４における検知出力は０でないが、受光部Ｄ１とＤ５における検知出力は０となっている（図２２（ａ））。
【０２９０】
転写ベルト上にトナーパターンが存在し、発光部Ｅ３が点灯して検出光が転写ベルト上の矩形状トナーパターンＤＰ１−１を照射すると、検出光はトナーパターンによって正反射されるとともに拡散反射される。  
受光部Ｄ３は「照射対象物の正反射光しか検出しない」ため、検出出力は正反射光寄与分のみを含んでいるが、受光部Ｄ３を除く他の４つの受光部Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ５における検知出力は全て「拡散反射光による寄与分」を含んでいる。
【０２９１】
但し、２つの受光部Ｄ１とＤ５における検知出力は「拡散反射光による寄与分」しか含んでいない。これは、照射対象物を転写ベルトとした時、転写ベルトによる正反射光が３個の受光部Ｄ２〜Ｄ４でしか受光されていない結果である。
【０２９２】
これに対し、２つの受光部Ｄ２とＤ４における検知出力は「発光部Ｅ３からの検出光により照射されたトナーパターンによる正反射寄与分と拡散反射寄与分」とが混在したものとなる。
【０２９３】
拡寄与分の「混在の比率」を求める方法を説明する。  
図２２（ｂ）は矩形状トナーパターンＤＰ１−１に対する検知出力分布で「正反射寄与分と拡散反射寄与分」を含んでいる。  
支持部材である転写ベルトに対する検知出力分布は正反射寄与分で、図２２（ａ）に示されるように既知である。  
即ち、図２２（ｂ）の出力分布から、図２２（ａ）の出力分布を定数倍して差し引くことにより「拡散反射寄与分のみ」を抽出できる。この定数を「α１」とすると、これは以下のように決定される。
【０２９４】
即ち、発光部Ｅ３からの検出光が矩形状トナーパターンＤＰ１−１を照射しているときの受光部Ｄ３の検知出力は正反射寄与分であるから、図２２（ｂ）の受光部Ｄ３の検知出力と、図２２（ａ）における「受光部Ｄ３の検知出力の定数倍」が等しくなるように、定数：α１を求めればよい。  
このようにして、図２３（ａ）に示すように、図２２（ａ）の出力分布を定数：α１倍した「正反射寄与分」と、図２２（ｂ）の出力分布から「図２２（ａ）の出力分布を定数：α１倍した正反射寄与分」を差し引いた「拡散反射寄与分」とに分割できる。
【０２９５】
即ち、図２２（ａ）において、受光部Ｄ３の検出出力を「Ａ」とし、図２２（ｂ）において、受光部Ｄ３の出力を「Ａ１」とすると、「Ａ」は「正反射寄与分のみ」、「Ａ１」は、正反射寄与分：Ａとなるべき部分から矩形状トナーパターンＤＰ１−１による拡散反射により減少した部分である。
【０２９６】
そこで、α１・Ａ＝Ａ１
とすると、拡散反射寄与分は、
Ａ−α１・Ａ＝（１−α１）Ａ
となる。  
従って、発光部Ｅ３からの検出光が矩形状トナーパターンＤＰ１−１を照射しているときの正反射寄与分は「Ａ１」即ち、「α１・Ａ」となり、拡散反射寄与分は「（１−α１）Ａ」となり両反射寄与分を分割できる。
【０２９７】
同様に、図２２（ｃ）〜（ｆ）の各濃度の矩形状トナーパターンＤＰ１−２〜ＤＰ１−５についても、図２３（ｂ）〜（ｅ）に示すように、正反射寄与分と拡散反射寄与分とに分割できる。このときの各々の定数をα２〜α５とする。
【０２９８】
各矩形状トナーパターンＤＰ１−１〜ＤＰ１−５に対し、上記のように分割した正反射寄与分と拡散反射寄与分について、各受光部の検知出力：Ｄｉ（ｉ＝１〜５  受光部の符号で検知出力を示す。）の和をＤ（ALL）＝Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５とするとき、トナーパターンに対してＤ（ALL）をプロットしたのが図２４（ａ）、（ｂ）である。
【０２９９】
なお、正反射寄与分については「検知出力：Ｄ１とＤ５が０」であるから、Ｄ（ALL）≡Ｄ（正）＝Ｄ３＋（Ｄ２とＤ４の正反射寄与分）となり、拡散反射寄与分については、検知出力：Ｄ３が０であるため、Ｄ（ＡＬＬ）≡Ｄ（拡）＝Ｄ１＋（Ｄ２とＤ４の拡散反射寄与分）＋Ｄ５となる。
【０３００】
図２４（ａ）に示す正反射寄与分の和：Ｄ（正）は、矩形状トナーパターンＤＰ１−１〜ＤＰ１−５の順に、トナー濃度が高くなるにつれて減少している。  
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。
【０３０１】
これに対し、図２４（ｂ）に示す拡散反射寄与分の和：Ｄ（拡）は、矩形状トナーパターンＤＰ１−２に対して極大となっており「単調な関数」になっていない。  
図２４（ｂ）に示すＤ（拡）から、トナー濃度とＤ（拡）との関係を得ることは可能ではあるが必ずしも容易ではない。
【０３０２】
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２４（ｂ）ではそのようになっていない。
【０３０３】
これは、前述した定数：α１〜α５を用いて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。
【０３０４】
Ｄ（拡）／Ｄ（正）を求めた結果が図２５である。  
図２５に示された縦軸：Ｄ（拡）／Ｄ（正）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ＤＰ１−１〜ＤＰ１−５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２５の横軸）に対応したトナー濃度が求められる。
【０３０５】
図２６（ａ）には、図２４（ａ）に示した正反射寄与分を基準値（ここでは転写ベルト表面の正反射寄与分）で規格化した「相対正反射率」を示す。  
図２６（ｂ）には、図２５に示した「Ｄ（拡）／Ｄ（正）」を基準値（ここでは最大濃度での拡散反射寄与分）で規格化した値を示す。
【０３０６】
このように拡散反射寄与分の分割出力：Ｄ（拡）を正反射寄与分の分割出力：Ｄ（正）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。
【０３０７】
上には、説明の簡単のため、５個の発光部Ｅ１〜Ｅ５と５個の受光部Ｄ１〜Ｄ５の場合について説明したが、発光部数および受光部数はこれに限らない。例えば「主方向にｍｍオーダのサイズのトナーパターン」を検知する場合であれば、発光部・受光部の配列は１０〜３０個程度が考えられる。
【０３０８】
また、上には「表面が滑らかな転写ベルト（表面での反射が正反射のみ）」の場合を挙げたが、「表面が滑らかでない転写ベルト（表面での反射が拡散反射も含む）」についても上記考え方は展開できる。  
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。
【符号の説明】
【０３０９】
ＯＳ１  反射型光学センサ
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
【先行技術文献】
【特許文献】
【０３１０】
【特許文献１】特開２００８−０６４９５３号公報
【特許文献２】特開昭６４−３５４６６号公報
【特許文献３】特開２００４−２１１６４号公報
【特許文献４】特開２００２−７２６１２号公報
【特許文献５】特開２００４−３０９２９２号公報
【特許文献６】特開２００４−３０９２９３号公報
【図１】
2010097209.tif 000003
【図２】
2010097209.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010097209.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2010097209.tif 000012
【図１１】
2010097209.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2010097209.tif 000018
【図１７】
2010097209.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2010097209.tif 000024
【図２３（ａ）】
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【図２３（ｂ）】
2010097209.tif 000026
【図２３（ｃ）】
2010097209.tif 000027
【図２３（ｄ）】
2010097209.tif 000028
【図２３（ｅ）】
2010097209.tif 000029
【図２４】
2010097209.tif 000030
【図２５】
2010097209.tif 000031
【図２６】
2010097209.tif 000032