(57)【要約】【課題】  測定対象との間の距離の微少変動による測定誤差が抑制された光学測定装置、および、このような光学測定装置の組立方法を提供する。【解決手段】  測定対象物に光ビームを出射する光源と、光源から出射して測定対象物で反射した測定光を受光し、測定光に応じた受光信号を出力する受光部とを備えた光学測定装置において、光源は、光源の光軸から外れた所に、光源から測定対象物までの距離が所定範囲内で変動しても光ビームが測定対象物に照射されてなるスポット内において光ビームの照明強度が略一定である強度一定点が存在する特性を有するものであり、受光部は、強度一定点を通る光軸を有するものである。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に光ビームを出射する光源と、該光源から出射して前記測定対象物で反射した測定光を受光し、該測定光に応じた受光信号を出力する受光部とを備えた光学測定装置において、
前記光源は、該光源の光軸から外れた所に、該光源から該測定対象物までの距離が所定範囲内で変動しても前記光ビームが前記測定対象物に照射されてなるスポット内において該光ビームの照明強度が略一定である強度一定点が存在する特性を有するものであり、
前記受光部は、前記強度一定点を通る光軸を有するものであることを特徴とする光学測定装置。
【請求項２】
被測定面上に光ビームを出射する光源と、該光源から出射して前記被測定面上で反射した測定光を受光し、該測定光に応じた受光信号を出力する受光部とを備えた光学測定装置の組立方法において、
前記光源の光軸および前記受光部の光軸それぞれが前記被測定面上を通るように該光源および該受光部それぞれを配置する第１ステップと、
前記光源と前記被測定面との距離が所定範囲内で変動しても前記光ビームが該被測定面上に照射されてなるスポット内において該光ビームの照明強度が略一定である強度一定点と該被測定面上の、前記受光部の光軸の通過点とを一致させる第２ステップとを有することを特徴とする光学測定装置の組立方法。
【請求項３】
前記第２ステップが、前記強度一定点と前記通過点を、前記第１ステップで配置した前記光源の配置位置を変更することで一致させるステップであることを特徴とする請求項２記載の光学測定装置の組立方法。
【請求項４】
前記第２ステップが、前記強度一定点と前記通過点を、前記スポットの形状を変更することで一致させるステップであることを特徴とする請求項２記載の光学測定装置の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物に光ビームを出射する光源と、該光源から出射して前記測定対象物で反射した測定光を受光し、該測定光に応じた受光信号を出力する受光部とを備えた光学測定装置およびこの光学測定装置の組立方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、感光体などの像担持体上にトナー像を形成し、紙などの記録媒体上にこのトナー像を転写および定着することにより画像形成を行なう、プリンタなどの画像形成装置が知られている。
【０００３】
このような画像形成装置では、記録媒体上に転写したトナー像のトナー濃度が正しくでているか否かが、画像形成の合間に形成したパッチと呼ばれるダミーのトナー像の濃度を検証することでなされている。この検証は、パッチに向けて発光素子から照射され、パッチの表面で反射した反射光を受光した受光素子からの出力レベルを判定することによって行なわれている（特許文献１参照）。
【０００４】
図１は、上述の発光素子および受光素子で構成されたトナー濃度測定装置の一例を示す図である。
【０００５】
図１には、発光素子である発光ダイオード１０１および受光素子であるフォトダイオード１０２を内蔵するトナー濃度測定装置１００が、被測定対象であるパッチ１１０から所定の距離（以下、この距離を測定距離と称する。）をおいて配備されている様子が示されている。尚、図１に示すトナー濃度測定装置１００には、発光側絞り１０１ａ、受光レンズ１０２ａ、および受光側絞り１０２ｂが備えられており、また、図１には、パッチ１１０が中間転写ベルト１２０上に形成されている様子が示されている。
【０００６】
さらに、図１には、発光ダイオード１０１の発光光軸Ｓとフォトダイオード１０２の受光光軸Ｒとがパッチ１１０表面上の位置Ｘで交差している様子が示されている。
【０００７】
図２は、図１に示すトナー濃度測定装置における照明強度とパッチ表面上の位置との関係を示すグラフ図である。
【０００８】
図２には、図１に示すトナー濃度測定装置１００が、発光ダイオード１０１の光軸Ｓとフォトダイオード１０２の光軸Ｒとの交点Ｘにおいて照明強度がピークとなるように設計されているものであることが示されている。
【０００９】
図３は、受光強度と測定距離との間の関係を示すグラフ図である。
【００１０】
図３には、測定距離が仕様よりも近づくほど受光強度が上昇し遠ざかるほど受光強度が低下する、フォトダイオードの受光特性が示されている。
【００１１】
図４は、図１に示すトナー濃度測定装置からの、測定距離毎のセンサ出力を示すグラフ図である。
【００１２】
図４に示すセンサ出力は、図２に示す照明強度特性と、図３に示す受光特性と、測定距離変化に伴う、照明強度自身の変化、および、発光光軸Ｓと非測定対象であるパッチ１１０の交点（ずれた場合はＸでない）の移動による受光光軸上の照明強度の変化とを反映したものである。
【特許文献１】特開平３−０４５９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、トナー濃度測定装置１００を、中間転写ベルトとの間に仕様通りの間隔を空けてプリンタや複写機などに取り付けようとしても取付誤差は少なからず発生し、また、パッチが形成される中間転写ベルトにおいて波打ちが発生しないとも限らない。
【００１４】
そのような場合には、測定距離が仕様とはズレてしまうために、図４に示すようにセンサ出力が大きく異なってしまうことになり、正確な濃度検出ができなくなるという問題が発生する。
【００１５】
尚、以上に説明したことは、トナー像の濃度検出においてのみ発生する問題ではなく、トナー像が記録媒体上の目標とする位置に正確に転写されているか否かを光学的に検出する転写位置検出装置などにおいても同様に発生する問題でもある。
【００１６】
本発明は、上記事情に鑑み、測定対象との間の距離の微少変動による測定誤差が抑制された光学測定装置、および、このような光学測定装置の組立方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するための本発明の光学測定装置は、
測定対象物に光ビームを出射する光源と、この光源から出射して上記測定対象物で反射した測定光を受光し、この測定光に応じた受光信号を出力する受光部とを備えた光学測定装置において、
上記光源は、この光源の光軸から外れた所に、この光源からこの測定対象物までの距離が所定範囲内で変動しても上記光ビームが上記測定対象物に照射されてなるスポット内においてこの光ビームの照明強度が略一定である強度一定点が存在する特性を有するものであり、
上記受光部は、上記強度一定点を通る光軸を有するものであることを特徴とする。
【００１８】
本発明の光学測定装置では、受光部の光軸が、測定光の特性をほぼ決定する、光ビームの照明強度が、測定対象物までの距離が所定範囲内で変化しても略一定である強度一定点を通るようになされている。したがって、本発明の光学測定装置によれば、測定対象物までの距離が所定範囲内で変化しても受光信号の出力変化を抑制することができ、これにより、測定対象との間の距離の微少変動による測定誤差を抑制することができる。
【００１９】
上記目的を達成するための本発明の光学測定装置の組立方法は、
被測定面上に光ビームを出射する光源と、この光源から出射して上記被測定面上で反射した測定光を受光し、この測定光に応じた受光信号を出力する受光部とを備えた光学測定装置の組立方法において、
上記光源の光軸および上記受光部の光軸それぞれが上記被測定面上を通るようにこの光源およびこの受光部それぞれを配置する第１ステップと、
上記光源と上記被測定面との距離が所定範囲内で変動しても上記光ビームがこの被測定面上に照射されてなるスポット内においてこの光ビームの照明強度が略一定である強度一定点とこの被測定面上の、上記受光部の光軸の通過点とを一致させる第２ステップとを有することを特徴とする。
【００２０】
ここで、上記第２ステップが、上記強度一定点と上記通過点を、上記第１ステップで配置した上記光源の配置位置を変更することで一致させるステップであってもよい。
【００２１】
あるいは、上記第２ステップが、上記強度一定点と上記通過点を、上記スポットの形状を変更することで一致させるステップであってもよい。
【００２２】
このようにスポットの形状を変更させることで照明強度の特性を変更することができ、これにより、光源および受光部の相対位置を変更しなくても強度一定点と通過点とを一致させることができ便利である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の光学測定装置の組立方法によって組み立てられた、本発明の光学測定装置によれば、測定対象との間の距離の微少変動による測定誤差を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２５】
図５は、図２を含む、照明強度とパッチ表面上の位置との関係の測定距離毎のグラフ図である。
【００２６】
図５には、発光ダイオードの測定距離が変化しても照明強度が略一定の、パッチ表面上の位置Ｙが示されている。
【００２７】
従来は発光ダイオードの光軸Ｓが被測定面と交差する点にフォトダイオードの光軸Ｒが合わせられていたのに対し、本発明の光学測定装置では、測定距離が変化しても照明強度が略一定の被測定面上の位置に受光素子の光軸を合わせることにより、被測定面と光学測定装置との間の距離の微少変動に対して安定的なセンサ出力が実現される。
【００２８】
図６は、本発明の光学測定装置の組立方法の一実施形態によって組み立てられた、本発明の光学測定装置の第１実施形態を示す図である。
【００２９】
図６に示す、本実施形態のトナー濃度測定装置１０は、発光素子である発光ダイオード１１１が備えられた発光部１１、および、受光素子であるフォトダイオード１２１が備えられた受光部１２を有しており、プリンタや複写機内部に取り付けられてトナー濃度や位置の測定を行なうものである。このトナー濃度測定装置１０には、パッチ表面との間の距離に関わる方向については、発光部１１と受光部１２とを固定するものの、パッチ表面上の位置に関わる、発光部１１と受光部１２との間の間隔を変更することができる機構が備えられている。
【００３０】
図６には、受光部１２と発光部１１との間に隙間が確保されている様子が示されており、この隙間の確保により発光ダイオード１１１の光軸が、図６に示す光軸Ｓから光軸Ｓ’に変化した様子が示されている。本実施形態のトナー濃度測定装置１０では、受光部１２と発光部１１の間隔を調整することで、測定距離が変化しても照明強度が略一定のパッチ表面上の位置Ｙにフォトダイオード１２１の光軸が合わせられている。尚、このトナー濃度測定装置１０に用いられている発光ダイオード１１１は、光軸から外れたところに、パッチ表面までの距離が所定範囲内で変動しても照明強度が一定である強度一定点が存在する特性を有するものである。
【００３１】
ここで、被測定対象までの距離が仕様設定されているトナー濃度測定装置１０の工場出荷前の組み立て調整について説明する。
【００３２】
図７は、トナー濃度測定装置の組み立て調整の流れを示す図である。
【００３３】
図７に示すステップＳ１において、パッチの代わりに所定の濃度または反射率をもつ基準板が既に設置されている治具（不図示）への、調整対象のトナー濃度測定装置１０の取付けが行なわれる。この治具では、基準板とこのトナー濃度測定装置１０との間の測定距離、および、発光部１１と受光部１２の間隔の変更が可能となっており、また、トナー濃度測定装置１０のフォトダイオード１２１からのセンサ出力が記録できる様になっている。ステップＳ２において、発光部１１と受光部１２とが仮の間隔（ここでは、間隔０ｍｍ）で、また、仕様設定されている距離を基準板との間に確保して配置される。ステップＳ３において、基準板とトナー濃度測定装置１０との間の測定距離を変化させながら出力が最大となる測定距離を求める。ステップＳ４では、表１に示す関係に基づいて発光部１１と受光部１２の移動／調整量を求める。
【００３４】
【表１】
2006053107.tif 000003
【００３５】
表１に示す関係は、フォトダイオードの光軸と照明強度の略一定の強度一定点とを一致させるための、測定距離と受発光間の移動／調整量との関係であり、これら関係は実験的に見いだされたものである。
【００３６】
ステップＳ５では、ステップＳ４で求めた移動／調整量となるような位置に発光部１１と受光部１２とを仮固定する。ステップＳ６では、基準板とトナー濃度測定装置１０の測定距離を仕様設定距離を中心に変化させながらフォトダイオード１２１からのセンサ出力の変動量の測定を行なう。ステップ７では、センサ出力の変動量の確認を行なう。尚、変動量が所定範囲に入っていない場合には、再移動／再調整を行い、移動／調整量の微調整を行う。
【００３７】
図８は、基準板と調整対象のトナー濃度測定装置との間の距離を、仕様設定距離を中心に変化させた場合のセンサ出力を示す図である。
【００３８】
図８には、仕様設定距離を中心に±０．５ｍｍ変化した場合のセンサ出力の変動が図４における変動に比べ小さくなっている様子が示されている。
【００３９】
最後に、フォトダイオードの光軸と強度一定点が一致した受発光間隔で、発光部１１と受光部１２を本固定し（ステップ８）、トナー濃度測定装置１０の組み立て調整を終了する。発光部１１と受光部１２が本固定されたトナー濃度測定装置１０は、プリンタや複写機などの組み立て工場へ引き渡され、仕様設定距離に配置されるようプリンタや複写機などに組み込まれる。こうすることで、被測定対象までの距離の微少変動に対しても安定した濃度測定が可能となる。したがって、本実施形態のトナー濃度測定装置１０によれば、測定対象との間の距離の微少変動による測定誤差を抑制することができる。
【００４０】
図９は、本発明の光学測定装置の第２実施形態を示す図である。
【００４１】
図６に示す第１実施形態と図９に示す第２実施形態との相違点は、第２実施形態では、発光部と受光部とが一体になっており、測定距離が変化しても照明強度が略一定のパッチ表面上の位置へのフォトダイオードの光軸合わせを、受光部に対し発光部を移動させるのではなく発光ダイオードからの照射光によりパッチ表面に形成されるスポット範囲を縮小することで行なう点のみである。
【００４２】
図９に示す、本実施形態のトナー濃度測定装置２０には、発光ダイオード２１１からの照射光のスポット範囲を調節する遮光部材２１３が配備されており、この遮光部材２１３が、矢印Ｂの向きに回動されることで、スポット範囲が縮減される。
【００４３】
本実施形態のトナー濃度測定装置２０では、遮光部材２１３を回動させてスポット範囲を変化させることで第１実施形態のトナー濃度測定装置１０と同じ効果が得られている。
【００４４】
図９には、遮光部材２１３が矢印Ｂ方向に所定角度回動されている場合のスポット長が寸法ｂで示され、遮光部材２１３が矢印Ａ方向に回動されて退避した状態にされた場合のスポット長は寸法ａで示されている。
【００４５】
また、図９には、遮光部材２１３を回動させることによりスポット範囲を縮減したことにより、発光ダイオード２１１を固定したまま光軸が光軸Ｓから光軸Ｓ’に変化した様子が示されている。
【００４６】
本実施形態のトナー濃度測定装置２０の組み立て調整については、第１実施形態における受光部１２と発光部１１の間隔の代わりに、遮光部材２１３の回動角度が決定されるようになっていることのみが相違点であるので説明は省略するが、本実施形態のトナー濃度測定装置２０でも、測定対象との間の距離の微少変動による測定誤差を抑制することができる。
【００４７】
以上に説明した実施形態では、発光部と受光部の間隔を変更する機構を備えた場合や、発光ダイオードからの照射光によるスポット範囲を変化させる遮光部材を備えた場合を例に挙げたが、本発明は、受光素子の光軸を、測定距離が変化しても照明強度が略一定の被測定面上の位置へ移動できるものであればよく、発光素子の取付角度を変更および調整可能な様に構成してもよい。また、発光素子が首振り自在のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】上述の発光素子および受光素子で構成されたトナー濃度測定装置の一例を示す図である。
【図２】照明強度とパッチ表面上の位置との関係を示すグラフ図である。
【図３】受光強度と測定距離との間の関係を示すグラフ図である。
【図４】図１に示すトナー濃度測定装置からの、測定距離毎のセンサ出力を示すグラフ図である。
【図５】図２を含む、照明強度とパッチ表面上の位置との関係の測定距離毎のグラフ図である。
【図６】本発明の光学測定装置の第１実施形態を示す図である。
【図７】トナー濃度測定装置の調整の流れを示す図である。
【図８】基準板と調整対象のトナー濃度測定装置との間の測定距離を仕様の距離を中心に変化させた場合の出力を示す図である。
【図９】本発明の光学測定装置の第２実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０、２０  トナー濃度測定装置
１１  発光部
１１０  パッチ
１１１  発光ダイオード
１２  受光部
１２０  中間転写ベルト
１２１  フォトダイオード
２１３  遮光部材
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図９】
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