(57)【要約】【課題】発光素子が出射した光の正反射光及び乱反射光をそれぞれ異なる受光素子で受光して検出対象を検出するための光学センサの小型化を可能にする技術を提供する。【解決手段】トナー検出ユニット３１（光学センサ）は、ＬＥＤ３３から出射され、導光路６０を通る第１照射光の正反射光を受光する受光素子３４と、導光路６３を通る第２照射光の乱反射光を受光する受光素子３５と、保護カバー４９とを備える。ハウジング３７は、第１及び第２照射光が通過し、かつ、受光素子３５によって受光される乱反射光が通過する第１開口と、受光素子３４によって受光される正反射光が通過する第２開口とを形成している。分離部材５９は、ＬＥＤ３３と保護カバー４９との間の位置に設けられ、第１及び第２照射光と受光素子３５によって受光される乱反射光とを、保護カバー４９におけるそれぞれ異なる領域を透過するように規制する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射体に照射される照射光を出射する発光素子と、
前記照射光を第１照射光と第２照射光とに分離する分離部材と、
前記第１照射光が照射されて前記被照射体で正反射した正反射光を受光する第１受光素子と、
前記第２照射光が照射されて前記被照射体で乱反射した乱反射光を受光する第２受光素子と、
前記第１照射光及び前記第２照射光が通過し、かつ、前記第２受光素子によって受光される前記乱反射光が通過する第１開口と、前記第１受光素子によって受光される前記正反射光が通過する第２開口とを形成したハウジングと、
前記第１開口及び前記第２開口を覆う、光透過性を有するカバー部材と、を備え、
前記分離部材は、前記発光素子と前記カバー部材との間の位置に設けられ、前記第１照射光と前記第２照射光と前記第２受光素子によって受光される前記乱反射光とを、前記カバー部材におけるそれぞれ異なる領域を透過するように規制する
ことを特徴とする光学センサ。
【請求項２】
前記第１開口及び前記第２開口は、前記第１照射光と、前記被照射体で反射して前記第１受光素子によって受光される反射光とを、前記カバー部材におけるそれぞれ異なる領域を透過するように規制する
ことを特徴とする請求項１に記載の光学センサ。
【請求項３】
前記第１照射光は、前記被照射体上の第１領域に照射され、前記第２照射光は、前記被照射体上の前記第１領域とは異なる第２領域に照射され、
前記第１受光素子は、前記第１領域で正反射した前記正反射光を受光し、
前記第２受光素子は、前記第２領域で乱反射した前記乱反射光を受光する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学センサ。
【請求項４】
前記発光素子と前記第１開口との間の領域において、前記第１照射光が通過する光路の一部と前記第２受光素子によって受光される前記乱反射光が通過する光路の一部とが重なっている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光学センサ。
【請求項５】
前記ハウジングは、前記第２受光素子と前記第１開口との間の領域において、前記第１開口を通過した前記乱反射光を規制する第３開口であって、前記第２受光素子によって受光される前記乱反射光が通過する第３開口を形成している
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学センサ。
【請求項６】
前記ハウジングは、前記第１受光素子と前記第２受光素子とが実装された回路基板の実装面における前記第１受光素子の位置の、前記実装面に対して垂直方向の上方に設けられ、前記乱反射光以外の光が前記第２受光素子によって受光されないように遮光するための第１遮光壁を有する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光学センサ。
【請求項７】
前記カバー部材は、前記ハウジングと対向している第１境界面と、前記第１境界面とは反対側の第２境界面とを有し、
前記第１遮光壁は、前記発光素子の側へ突き出した突起であって、前記発光素子から出射され、かつ、前記第１境界面で反射して、前記第１受光素子及び前記第２受光素子に向かう光を遮るように形成された突起を有する
ことを特徴とする請求項６に記載の光学センサ。
【請求項８】
前記突起は、更に、前記発光素子から出射され、前記第１境界面を透過し、かつ、前記第２境界面で反射して、前記第２受光素子に向かう光を遮るように形成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の光学センサ。
【請求項９】
前記突起は、更に、前記被照射体上で前記第１照射光が照射される第１領域で乱反射して前記第２受光素子に向かう光を遮るように形成されている
ことを特徴とする請求項７又は８に記載の光学センサ。
【請求項１０】
前記カバー部材は、前記ハウジングと対向している第１境界面と、前記第１境界面とは反対側の第２境界面とを有し、
前記第１遮光壁は、前記発光素子から出射され、前記第１境界面を透過し、かつ、前記第２境界面で反射して、前記第１受光素子に向かう光を遮るように形成されている
ことを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の光学センサ。
【請求項１１】
前記第１遮光壁は、前記被照射体上で前記第２照射光が照射される第２領域で乱反射して前記第１受光素子に向かう光を遮るように形成されている
ことを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項に記載の光学センサ。
【請求項１２】
前記第１遮光壁は、前記被照射体上で前記第１照射光が照射される第１領域で乱反射して前記第２受光素子に向かう光を遮るように形成されている
ことを特徴とする請求項６から１１のいずれか１項に記載の光学センサ。
【請求項１３】
前記ハウジングは、前記発光素子と前記第２受光素子との間に設けられ、前記発光素子から出射された光が前記第１受光素子及び前記第２受光素子によって直接受光されないように遮光するための第２遮光壁を有する
ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の光学センサ。
【請求項１４】
前記第２遮光壁は、前記発光素子から出射され、かつ、前記分離部材の表面で反射して、前記第１受光素子及び前記第２受光素子に向かう光を遮る高さを有するように形成されている
ことを特徴とする請求項１３に記載の光学センサ。
【請求項１５】
前記カバー部材は、前記ハウジングと対向している第１境界面と、前記第１境界面とは反対側の第２境界面とを有し、
前記第２遮光壁は、前記第１受光素子及び前記第２受光素子の側へ突き出した突起であって、前記発光素子から出射され、かつ、前記第１境界面で反射して、前記第１受光素子及び前記第２受光素子に向かう光を遮るように形成された突起を有する
ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の光学センサ。
【請求項１６】
前記第２遮光壁の前記突起の表面は、前記発光素子から出射され、かつ、前記第１境界面で反射した光を、前記第１受光素子及び前記第２受光素子に向けて反射させない角度を有するように形成されている
ことを特徴とする請求項１５に記載の光学センサ。
【請求項１７】
前記分離部材の表面は、前記発光素子から出射された光を前記第１受光素子及び前記第２受光素子に向けて反射させない角度を有するように形成されている
ことを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の光学センサ。
【請求項１８】
前記ハウジングは、
前記第１受光素子と前記第２受光素子とが実装された回路基板の実装面における前記第１受光素子の位置の、前記実装面に対して垂直方向の上方に設けられ、前記乱反射光以外の光が前記第２受光素子によって受光されないように遮光するための第１遮光壁と、
前記発光素子と前記第２受光素子との間に設けられ、前記発光素子から出射された光が前記第１受光素子及び前記第２受光素子によって直接受光されないように遮光するための第２遮光壁と、を有し、
前記第１遮光壁及び前記第２遮光壁は、前記第１開口と前記第２受光素子との間の領域において、前記第１開口を通過した前記乱反射光を規制する第３開口であって、前記第２受光素子によって受光される前記乱反射光が通過する第３開口を形成している
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学センサ。
【請求項１９】
前記カバー部材は、前記カバー部材を透過する、前記第１照射光及び前記乱反射光との少なくともいずれかを集光する集光部材を有する
ことを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載の光学センサ。
【請求項２０】
前記集光部材は、円筒形状、球形状、楕円形状、又はフレネルレンズ形状のいずれかの形状を有する
ことを特徴とする請求項１９に記載の光学センサ。
【請求項２１】
被照射体に照射される照射光を出射する発光素子と、
前記照射光を第１照射光と第２照射光とに分離する分離部材と、
前記第１照射光が照射されて前記被照射体の第１領域で正反射した正反射光を受光する第１受光素子と、
前記第２照射光が照射されて前記被照射体の第２領域で乱反射した乱反射光を受光する第２受光素子と、
前記第１照射光及び前記第２照射光が通過し、かつ、前記第２受光素子によって受光される前記乱反射光が通過する第１開口と、前記第１受光素子によって受光される前記正反射光が通過する第２開口とを形成したハウジングと、
を備えることを特徴とする光学センサ。
【請求項２２】
前記発光素子、前記第１受光素子及び前記第２受光素子は、一列に配置されており、
前記第２受光素子と前記発光素子との直線距離は、前記第１受光素子と前記発光素子との直線距離より短い
ことを特徴とする請求項１から２１のいずれか１項に記載の光学センサ。
【請求項２３】
前記第１受光素子及び前記第２受光素子は、回路基板上で隣り合って配置されている
ことを特徴とする請求項１から２２のいずれか１項に記載の光学センサ。
【請求項２４】
前記分離部材は、前記ハウジングと一体的に形成されている
ことを特徴とする請求項１から２３のいずれか１項に記載の光学センサ。
【請求項２５】
前記第１受光素子と前記第２受光素子とが、１つの集積回路として回路基板に実装されている
ことを特徴とする請求項１から２４のいずれか１項に記載の光学センサ。
【請求項２６】
像担持体と、
前記像担持体に画像を形成する画像形成手段と、
請求項１から２５のいずれか１項に記載の光学センサであって、前記像担持体の表面と対向する位置に設けられ、前記発光素子から、前記被照射体である前記像担持体に向けて光を照射する、前記光学センサと、
前記光学センサからの信号に基づいて、前記画像形成手段の画像形成条件を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２７】
前記制御手段は、前記像担持体に形成された画像が、前記第１照射光が照射される第１領域を通過する際に前記第１受光素子から出力される信号、及び前記像担持体に形成された画像が、前記第２照射光が照射される第２領域を通過する際に前記第２受光素子から出力される信号の少なくともいずれかに基づいて、前記画像の位置を検出し、検出した前記画像の位置に基づいて色ずれ補正制御を実行する
ことを特徴とする請求項２６に記載の画像形成装置。
【請求項２８】
前記制御手段は、前記像担持体に形成された画像が、前記第１照射光が照射される第１領域を通過する際に前記第１受光素子から出力される信号、及び前記像担持体に形成された画像が、前記第２照射光が照射される第２領域を通過する際に前記第２受光素子から出力される信号の少なくともいずれかに基づいて、前記画像の濃度を検出し、検出した前記画像の濃度に基づいて、画像濃度制御を実行する
ことを特徴とする請求項２６又は２７に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子から出射した光の正反射光及び乱反射光を複数の受光素子で受光して検出対象を検出するための光学センサ、及び当該光学センサを備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子写真方式の画像形成装置は、印刷スピードの高速化のために、感光体を色ごとに設けた構成であるタンデム型が主流となっている。タンデム型の画像形成装置では、例えば中間転写ベルトに色ずれ量の検出のためのテストパターンである検出用画像（トナー像）を形成し、当該検出用画像に光を照射してその反射光を光学センサで検出することで、色ずれ量を判定している。また、このような光学センサを用いてトナーの濃度（画像の濃度）の判定も行われている。特許文献１には、トナー像に照射した光の正反射光と乱反射光とをそれぞれ個別の受光部（センサ）で受光し、受光光量に基づいてトナーの濃度を検出する技術が開示されている。このような技術によれば、画像形成装置で用いる複数色のトナーが、光学センサによって使用される光に対して異なる反射特性を有する場合にも、光学センサによるトナーの検出精度を向上させることが可能である。
【０００３】
上述のタイプの光学センサでは、一般に、発光素子が出射する光を制限する（絞り込む）ための絞りが設けられるとともに、正反射光と乱反射光とを分離するために、正反射光及び乱反射光をそれぞれ受光する受光素子に対してもそのような絞りが設けられる。そのような光学センサとして、特許文献２，３には、回路基板の表面に光学素子を直接実装する表面実装タイプの光学センサが開示されている。
【０００４】
特許文献２では、発光素子及び２個の受光素子が直接実装された回路基板に対して光学ユニットホルダを取り付けるとともに、光学ユニットホルダの外表面に、発光素子及び２個の受光素子のそれぞれに対応する３個の偏光フィルタを配置している。しかし、このように複数の偏光フィルタを用いると、装置のコストアップ及び生産性の低下につながりうる。一方、特許文献３では、各光学素子（発光素子及び２個の受光素子）に対応する絞りとして機能する開口部（導光路）を有するハウジングを、開口部を構成する遮光壁が、回路基板に設けられたスリット穴に挿入されるように構成している。これにより、各光学素子を回路基板の表面に実装した光学センサにおける遮光性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２２１９０２号公報
【特許文献２】特開２００６−２０８２６６号公報
【特許文献３】特開２０１３−１９１８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献３に示される光学センサでは、遮光性を向上させたハウジングを実現するために、発光素子及び２個の受光素子を、互いにある程度の距離を置いて配置する必要がある。このような光学センサの構成によれば、遮光性の向上は可能であっても、発光素子及び２個の受光素子が並べられた方向における光学センサのサイズが大きくなる。このため、光学センサにおける更なる小型化の実現が望まれる。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものである。本発明は、発光素子が出射した光の正反射光及び乱反射光をそれぞれ異なる受光素子で受光して検出対象を検出するための光学センサの小型化を可能にする技術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】
【０００８】
本発明の一態様に係る光学センサは、被照射体に照射される照射光を出射する発光素子と、前記照射光を第１照射光と第２照射光とに分離する分離部材と、前記第１照射光が照射されて前記被照射体で正反射した正反射光を受光する第１受光素子と、前記第２照射光が照射されて前記被照射体で乱反射した乱反射光を受光する第２受光素子と、前記第１照射光及び前記第２照射光が通過し、かつ、前記第２受光素子によって受光される前記乱反射光が通過する第１開口と、前記第１受光素子によって受光される前記正反射光が通過する第２開口とを形成したハウジングと、前記第１開口及び前記第２開口を覆う、光透過性を有するカバー部材と、を備え、前記分離部材は、前記発光素子と前記カバー部材との間の位置に設けられ、前記第１照射光と前記第２照射光と前記第２受光素子によって受光される前記乱反射光とを、前記カバー部材におけるそれぞれ異なる領域を透過するように規制することを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の一態様に係る光学センサは、被照射体に照射される照射光を出射する発光素子と、前記照射光を第１照射光と第２照射光とに分離する分離部材と、前記第１照射光が照射されて前記被照射体の第１領域で正反射した正反射光を受光する第１受光素子と、前記第２照射光が照射されて前記被照射体の第２領域で乱反射した乱反射光を受光する第２受光素子と、前記第１照射光及び前記第２照射光が通過し、かつ、前記第２受光素子によって受光される前記乱反射光が通過する第１開口と、前記第１受光素子によって受光される前記正反射光が通過する第２開口とを形成したハウジングと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、発光素子から出射した光の正反射光及び乱反射光をそれぞれ異なる受光素子で受光して検出対象を検出するための光学センサの小型化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】画像形成装置のハードウェア構成例を示す断面図
【図２】画像形成装置の制御系の構成例を示すブロック図
【図３】中間転写ベルト１２ａに対するトナー検出ユニット３１の配置例を示す斜視図
【図４】トナー検出ユニット３１の構成例を示す斜視図
【図５】トナー検出ユニット３１の構成例を示す断面図
【図６】比較例のトナー検出ユニットの構成を示す断面図
【図７】比較例のトナー検出ユニット１３１における受光素子３４，３５の出力特性の例を示す図
【図８】トナー検出ユニット３１における受光素子３４，３５の出力特性の例を示す図
【図９】トナー検出ユニット３１の構成例を示す断面図
【図１０】トナー検出ユニット３１の構成例を示す断面図
【図１１】トナー検出ユニット３１の構成例を示す断面図
【図１２】保護カバー４９の境界面４９ａ，４９ｂにおいて生じる光の反射及び屈折の例を示す図
【図１３】トナー検出ユニット３１の構成例を示す断面図
【図１４】トナー検出ユニット３１の構成例を示す断面図
【図１５】トナー検出ユニットの構成例を示す斜視図（第２実施形態）
【図１６】トナー検出ユニットの構成例を示す断面図（第２実施形態）
【図１７】集光部材４７の構成例を示す断面図（第２実施形態）
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須のものとは限らない。
【００１３】
［第１実施形態］
＜画像形成装置の概要＞
図１は、第１実施形態に係る画像形成装置１００のハードウェア構成例を示す断面図である。本実施形態の画像形成装置１００は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の現像剤（トナー）によってマルチカラー画像を形成するカラーレーザプリンタである。画像形成装置１００は、例えば、印刷装置、プリンタ、複写機、複合機（ＭＦＰ）及びファクシミリ装置のいずれであってもよい。なお、参照符号の末尾のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、それぞれ、対応する部材が対象とする現像剤（トナー）の色が、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックであることを示している。以下の説明では、色を区別する必要がない場合には、末尾のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋを省いた参照符号を使用する。
【００１４】
画像形成装置１００は、それぞれＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの画像を形成する画像形成ステーションに対応する４個のプロセスカートリッジ７（プロセスカートリッジ７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ）を備えている。図１では、Ｙに対応するプロセスカートリッジ７Ｙの構成部品にのみ参照番号を付与しているものの、４個のプロセスカートリッジ７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋは、同一の構成を採用している。ただし、４個のプロセスカートリッジ７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋは、それぞれ異なる色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）のトナーによって画像を形成する点で相違している。
【００１５】
感光ドラム１の周囲には、その回転方向に沿って順に、帯電ローラ２、露光ユニット３、現像ユニット４、一次転写ローラ２６、及びクリーニングブレード８が配置されている。本実施形態では、感光ドラム１、帯電ローラ２、現像ユニット４及びクリーニングブレード８は、画像形成装置１００に対して着脱可能なプロセスカートリッジ７として一体化されている。露光ユニット３は、プロセスカートリッジ７の鉛直方向下方に配置されている。
【００１６】
プロセスカートリッジ７は、現像ユニット４及びクリーナユニット５によって構成されている。現像ユニット４は、現像ローラ２４、現像剤塗布ローラ２５、及びトナー容器を有している。トナー容器には、対応する色のトナーが収納されている。現像ローラ２４は、駆動モータ（図示せず）によって回転駆動され、高圧電源４４（図２）から現像バイアス電圧が印加されることで、トナー容器に収納されたトナーによって静電潜像の現像を行う。クリーナユニット５は、感光ドラム１、帯電ローラ２、クリーニングブレード８、及び廃トナー容器を有している。
【００１７】
感光ドラム１は、アルミニウム製シリンダの外周面に有機光導伝体層（ＯＰＣ）を塗布して構成したものである。感光ドラム１は、その両端部がフランジによって回転自在に支持されており、一方の端部に駆動モータ（図示せず）から駆動力が伝達されることによって、図１に示す矢印の方向に回転駆動される。帯電ローラ２は、感光ドラム１の表面を一様に所定の電位に帯電させる。露光ユニット３は、画像情報（画像信号）に基づいて、感光ドラム１にレーザビームを照射して感光ドラム１を露光することで、感光ドラム１上に静電潜像を形成する。現像ユニット４は、感光ドラム１上の静電潜像にトナーを付着させて当該静電潜像を現像することによって、感光ドラム１上にトナー像（トナー画像）を形成する。
【００１８】
中間転写ベルト１２ａ、駆動ローラ１２ｂ、及びテンションローラ１２ｃは、中間転写ユニット１２を構成している。中間転写ベルト１２ａは、駆動ローラ１２ｂとテンションローラ１２ｃとの間に張架されており、駆動ローラ１２ｂによって回転駆動されることで、図１に示す矢印の方向に移動（回転）する。本実施形態では、中間転写ベルト１２ａは、回転駆動される像担持体の一例である。中間転写ベルト１２ａの内側の、感光ドラム１と対向する位置には、一次転写ローラ２６が配置されている。一次転写ローラ２６は、高圧電源４４（図２）から転写バイアス電圧が印加されることで、感光ドラム１上のトナー像を、中間転写ベルト１２ａ（中間転写体）に転写する。感光ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ上に形成された４色のトナー像は、中間転写ベルト１２ａ上に順に重ねて転写（一次転写）される。これにより、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋから成るマルチカラーのトナー像が中間転写ベルト１２ａ上に形成される。中間転写ベルト１２ａ上に形成されたマルチカラーのトナー像は、中間転写ベルト１２ａの回転に伴って、中間転写ベルト１２ａと二次転写ローラ１６との間の二次転写ニップ部１５へ搬送される。
【００１９】
給紙ユニット１３は、給紙ローラ９、搬送ローラ対１０、給紙カセット１１、及び分離パッド２３を有している。給紙カセット１１には、ユーザによってセットされたシートＳが収納されている。シートＳは、記録紙、記録材、記録媒体、用紙、転写材、転写紙等と称されてもよい。給紙ローラ９は、給紙カセット１１からシートＳを搬送路へ給紙する。なお、給紙カセット１１に収納されているシートＳは、分離パッド２３によって１枚ずつ搬送路へ給紙される。搬送ローラ対１０は、搬送路上に給紙されたシートＳを、レジストローラ対１７へ向かって搬送する。シートＳは、レジストローラ対１７まで搬送されると、中間転写ベルト１２ａ上のトナー像が二次転写ニップ部１５に到達するタイミングに合わせて、レジストローラ対１７によって二次転写ニップ部１５へ搬送される。これにより、二次転写ニップ部１５において中間転写ベルト１２ａ上のトナー像がシートＳへ転写（二次転写）される。
【００２０】
トナー像が転写されたシートＳは、定着ユニット１４へ搬送される。定着ユニット１４は、定着ベルト１４ａ、加圧ローラ１４ｂ、及びベルトガイド部材１４ｃを有し、定着ベルト１４ａは、ヒータ等の発熱装置が接着されたベルトガイド部材１４ｃにガイドされている。定着ベルト１４ａと加圧ローラ１４ｂとの間には定着ニップ部が形成されている。定着ユニット１４は、定着ニップ部において、シートＳ上に形成されたトナー像に熱及び圧力を加えることで、トナー像をシートＳに定着させる。定着ユニット１４による定着処理の後、シートＳは、排紙ローラ対２０によって排紙トレイ２１に排出される。
【００２１】
中間転写ベルト１２ａへのトナー像の一次転写後に感光ドラム１上に残ったトナーは、クリーニングブレード８によって感光ドラム１から除去され、クリーナユニット５内の廃トナー容器に回収される。また、シートＳへのトナー像の二次転写後に中間転写ベルト１２ａ上に残ったトナーは、クリーナユニット２２によって中間転写ベルト１２ａから除去され、廃トナー搬送路を通じて廃トナー容器（図示せず）に回収される。
【００２２】
画像形成装置１００内で駆動ローラ１２ｂと対向する位置には、トナー検出ユニット３１（光学センサ）が配置されている。トナー検出ユニット３１は、後述するように、中間転写ベルト１２ａ上のトナーを光学的に検出することが可能である。本実施形態の画像形成装置１００は、中間転写ベルト１２ａ上に、トナー像から成るテストパターンを形成し、中間転写ベルト１２ａ上に形成されたテストパターンをトナー検出ユニット３１によって検出する。更に、画像形成装置１００は、トナー検出ユニット３１によるテストパターンの検出結果に基づいて、後述するキャリブレーションを行う。
【００２３】
＜画像形成装置の制御構成＞
図２は、本実施形態に係る画像形成装置１００の制御系の構成例を示すブロック図である。なお、図２には、本実施形態の説明に必要なデバイスのみを示している。画像形成装置１００は、マイクロコンピュータを搭載した制御ユニット４１を、エンジン制御部として備えている。画像形成装置１００は、更に、制御ユニット４１と通信可能に接続されたデバイスとして、インタフェース（Ｉ／Ｆ）ボード４２、低圧電源４３、高圧電源４４、各種駆動モータ４５、各種センサ４６、露光ユニット３、給紙ユニット１３、定着ユニット１４、及びトナー検出ユニット３１を備えている。
【００２４】
Ｉ／Ｆボード４２は、ＬＡＮ等のネットワークを介して、画像形成装置１００の外部のホストコンピュータ４０と通信可能である。低圧電源４３は、制御ユニット４１が動作するための電圧を制御ユニット４１に供給する。高圧電源４４は、制御ユニット４１による制御に従って、画像形成の実行時に帯電ローラ２、現像ローラ２４、一次転写ローラ２６、及び二次転写ローラ１６に対してバイアス電圧を供給する。各種駆動モータ４５には、感光ドラム１を回転駆動する駆動モータ、現像ローラ２４を回転駆動する駆動モータ等が含まれる。各種センサ４６には、搬送路を搬送されるシートＳを検出するためのセンサ等の、トナー検出ユニット３１以外のセンサが含まれる。制御ユニット４１は、トナー検出ユニット３１の出力信号、各種センサ４６の出力信号等の各種信号に基づいて、図２に示す各デバイスを制御することで、画像形成装置１００のキャリブレーション、画像形成のためのシーケンス制御等の、各種制御を実行する。
【００２５】
＜画像形成装置のキャリブレーション＞
次に、図３を参照して、画像形成装置１００のキャリブレーション（自動補正制御）について説明する。図３は、中間転写ベルト１２ａに対するトナー検出ユニット３１の配置例を示す斜視図であり、キャリブレーションの実行時における中間転写ベルト１２ａの状態の例を示している。画像形成装置１００のキャリブレーションは、大きく分けて「色ずれ補正制御」と「画像濃度制御」という２種類の制御を含む。これら２種類の制御は、いずれも、画像形成装置１００がシートＳへの画像形成を行っていない間に、中間転写ベルト１２ａ上にテストパターン３０を形成し、形成したテストパターン３０をトナー検出ユニット３１によって光学的に検出することによって行われる。
【００２６】
中間転写ベルト１２ａの平面部においてトナー検出ユニット３１によってテストパターン３０を検出する場合、ベルトの移動時の振動等に起因して、良好なセンサ出力を得ることが難しい。このため、トナー検出ユニット３１は、中間転写ベルト１２ａの平面部と対向する位置ではなく、図３に示すように、中間転写ベルト１２ａを介して駆動ローラ１２ｂと対向する位置に配置される。中間転写ベルト１２ａの表面（外周面）に形成されたテストパターン３０は、駆動ローラ１２ｂの位置を通過する際に、駆動ローラ１２ｂと対向する位置にあるトナー検出ユニット３１によって検出される。また、中間転写ベルト１２ａの表面の移動方向と直交する方向における少なくとも２つの位置でテストパターン３０を検出できるように、当該直交する方向において少なくとも２個のトナー検出ユニット３１が配置されている。以下では、色ずれ補正制御及び画像濃度制御のそれぞれについて、より具体的に説明する。
【００２７】
（色ずれ補正制御）
色ずれ補正制御は、各画像形成ステーションによって形成されるトナー像の、画像形成ステーション間の相対的な位置ずれ（色ずれ）の量を測定し、測定結果に基づいて色ずれの補正を行う色ずれ補正制御に相当する。制御ユニット４１は、感光ドラム１上のレーザビームの走査速度及び露光光量がそれぞれ所定の速度及び所定の光量となるよう、露光ユニット３を制御するとともに、各ラインの書き出しタイミングを調整することで、色ずれ補正制御を行う。
【００２８】
例えば、露光ユニット３が多面鏡タイプである場合、制御ユニット４１は、画像形成の際には、露光ユニット３からの書き出し基準パルスをカウントして画像先端信号を生成し、生成した画像先端信号をＩ／Ｆボード４２に出力する。Ｉ／Ｆボード４２は、画像先端信号に同期して、露光データを１ライン（多面鏡の１面）ごとに制御ユニット４１を介して露光ユニット３へ出力する。制御ユニット４１からの画像先端信号の出力タイミングを画像形成ステーションごとに数ドット程度の時間分、変化させることで、各ラインの書き出しタイミングを数ドット変化させることができる。これにより、感光ドラム１の主走査方向における画像の書き出し位置を調整できる。また、ライン単位で書き出しタイミングを変化させることで、感光ドラム１上のトナー像の搬送方向（副走査方向）に画像全体をシフトさせることができる。これにより、感光ドラム１の副走査方向における画像の書き出し位置を調整できる。また、画像形成ステーション間で露光ユニット３の多面鏡（ポリゴンミラー）の回転位相差を制御することで、副走査方向における各色の画像の位置合わせを１ライン以下の分解能で行うことが可能である。更には、露光データにおけるオン／オフの基準となるクロック周波数を変化させることで、主走査倍率の補正を行うことも可能である。
【００２９】
このように、色ずれ補正制御における画像形成ステーション間の色ずれの補正は、画像形成タイミング及び基準クロックを調整することによって実現できる。色ずれ補正制御を実現するためには、上述のように、画像形成ステーション間の相対的な色ずれ量を測定する必要がある。色ずれ補正制御では、中間転写ベルト１２ａ上に少なくとも２列の色ずれ量測定用のテストパターンを色ごとに形成し、少なくとも２個の光学センサ（トナー検出ユニット３１）によってテストパターンの位置（光学センサの対向位置の通過時間）を検出する。制御ユニット４１は、その検出結果に基づいて、画像形成ステーション間の主走査方向及び副走査方向の相対的な色ずれ量、主走査方向の倍率、並びに相対的な傾きを算出する。更に、制御ユニット４１は、画像形成ステーション間の色ずれ量が小さくなるように、上述のような色ずれ補正を行う。
【００３０】
（画像濃度制御）
画像濃度制御は、画像形成装置１００によって形成される画像の濃度特性が所望の濃度特性となるように、画像形成条件を補正するための制御である。画像形成装置１００では、温度及び湿度条件、並びに各色の画像形成ステーションの使用の度合いに起因して、形成される画像（トナー像）の濃度特性が変化する。画像濃度制御は、このような変化を補正するために行われる。具体的には、中間転写ベルト１２ａ上にテストパターン３０を形成し、トナー検出ユニット３１によるテストパターン３０の検出結果に基づいて、所望の濃度特性が得られるように画像形成条件を調整する。なお、テストパターン３０は、制御ユニット４１によって生成されてもよいし、外部装置（例えばホストコンピュータ４０）によって生成されてもよい。
【００３１】
制御ユニット４１（ＣＰＵ）は、トナー検出ユニット３１から出力される、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換後の受光光量信号から、テストパターン３０であるトナー像の濃度に対応する値を算出（トナー像の濃度を検出）する。更に、制御ユニット４１は、トナー像の濃度の検出結果に基づいて、画像形成を行う際に用いる画像形成条件を設定する。設定される画像形成条件は、例えば、帯電バイアス電圧、現像バイアス電圧、露光光量（露光ユニット３のレーザパワー）等である。このような設定を繰り返すことによって、画像の濃度特性に関連する画像形成条件を最適化することが可能である。なお、制御ユニット４１は、設定した画像形成条件を、画像形成時及び次回の画像濃度制御時に使用できるように、制御ユニット４１内のメモリに格納しておく。
【００３２】
このような画像濃度制御を行うことで、各色の最大濃度を所望の値に調整できるとともに、画像の白地部に不要なトナーが付着する「かぶり」と称される画像不良の発生を防止できる。また、画像濃度制御を行うことで、各色のカラーバランスを一定に保ちつつ、トナーの載り過ぎによる画像不良及び定着不良を防止することもできる。
【００３３】
＜トナー検出ユニットの構成＞
次に、テストパターン３０を検出するためのトナー検出ユニット３１の構成について説明する。図４及び図５はそれぞれ、トナー検出ユニット３１の構成例を示す斜視図及び概略的な断面図である。トナー検出ユニット３１は、光学素子として、ＬＥＤ３３（発光素子）及び２個の受光素子３４，３５を有する。図４に示すように、トナー検出ユニット３１は、回路基板３６に設けられた穴にハウジング３７の突出部が挿入されることで、回路基板３６に対してハウジング３７が固定された構成を有する。ハウジング３７は、遮光性を有する材料で形成され、ＬＥＤ３３及び２個の受光素子３４，３５を覆っている。トナー検出ユニット３１は、更に、保護カバー４９（カバー部材）がハウジング３７上に装着された構成を有する。保護カバー４９は、透過性（光透過性）を有する材料で形成された部材であり、ＬＥＤ３３及び２個の受光素子３４，３５の防塵のために、ハウジング３７が形成している開口を覆っている。なお、図５は、回路基板３６に対してハウジング３７が固定され、かつ、ハウジング３７上に保護カバー４９が装着された状態を示している。
【００３４】
ＬＥＤ３３は、被照射体である中間転写ベルト１２ａに向けて光を照射する（即ち、検出対象（測定対象物）であるトナーが付着した中間転写ベルト１２ａに向けて光を照射する）ために用いられ、被照射体に照射する照射光を出射する。受光素子３４，３５は、ＬＥＤ３３が中間転写ベルト１２ａに向けて照射した光の正反射光及び乱反射光をそれぞれ受光するために用いられる。トナー検出ユニット３１において、ハウジング３７は、ＬＥＤ３３が中間転写ベルト１２ａに向けて照射した光の正反射光及び乱反射光をそれぞれ受光素子３４，３５に導くように構成されている。
【００３５】
図４及び図５に示すように、ＬＥＤ３３及び２個の受光素子３４，３５は、同一の回路基板３６の表面（実装面）に直接実装され、当該回路基板上で一列に実装されている。受光素子３４，３５は、回路基板３６上で隣り合って配置されている。本実施形態では、受光素子３４は、受光素子３５よりもＬＥＤ３３から離れた位置に配置され、受光素子３５は、受光素子３４よりもＬＥＤ３３に近い位置に配置されている。即ち、受光素子３５とＬＥＤ３３との直線距離は、受光素子３４とＬＥＤ３３との直線距離より短い。
【００３６】
本実施形態の受光素子３４，３５は、ＬＥＤ３３から出射される光の波長に対して感度を有するフォトトランジスタ（半導体）を一体化して基板にＣＯＢ実装した集積回路（ＩＣ）で構成されている。基板に実装されたフォトトランジスタは、透過性を有する樹脂材料（クリアモールド４８）で覆われている。受光素子３４，３５が実装された基板が回路基板３６上に配置されている。本実施形態のＬＥＤ３３（発光素子）及び受光素子３４，３５は、赤外線を用いている。ただし、発光素子と受光素子の組み合わせに依存して受光素子が感度を有する波長の光であれば、その他の波長の光を使用する発光素子及び受光素子がトナー検出ユニット３１に採用されてもよい。また、受光素子３４，３５として、フォトトランジスタに代えてフォトダイオードが用いられてもよい。
【００３７】
図５（Ａ）に示すように、トナー検出ユニット３１のハウジング３７は、遮光壁３８，３９を有している。更に、ハウジング３７内には、ＬＥＤ３３と対向する（真上の）位置に（即ち、ＬＥＤ３３が配置された平面に対して垂直方向の上方に）、遮光性を有する材料で形成された分離部材５９が設けられている。分離部材５９は、ハウジング３７と一体的に形成されてもよい。ハウジング３７には、ハウジング３７の内壁、遮光壁３８，３９及び分離部材５９によって複数の開口（開口部）が形成されており、当該複数の開口によって導光路６０〜６３が構成されている。導光路６０，６３は、ＬＥＤ３３から出射された光（照射光）を中間転写ベルト１２ａに向けて導くための導光路である。導光路６０，６１は、ＬＥＤ３３から出射された光の反射光を受光素子３４，３５にそれぞれ導くための導光路である。導光路を構成する壁には遮光性を有する材料が用いられうる。
【００３８】
導光路６０，６３は、分離部材５９によって隔てられている。ＬＥＤ３３から出射された照射光は、分離部材５９によって、導光路６０を通る光（第１照射光）と導光路６３を通る光（第２照射光）とに分離され、被照射体である中間転写ベルト１２ａに向けて導かれる。導光路６０を通過した第１照射光が照射されて中間転写ベルト１２ａ（又は当該ベルトに付着したトナー）で反射した光のうちの正反射光が、導光路６１を通して受光素子３４に向けて導かれる。また、導光路６３を通過した第２照射光が照射されて中間転写ベルト１２ａ（又は当該ベルトに付着したトナー）で反射した光のうちの一部の乱反射光が、導光路６２を通して受光素子３５に向けて導かれる。
【００３９】
導光路６１は、遮光壁３８によって、導光路６０，６２と隔てられている。遮光壁３８は、後述する受光可能領域５６からの乱反射光以外の光（後述する受光可能領域５５からの乱反射光等）が受光素子３５によって受光されないようにするために設けられている。遮光壁３８は、ハウジング３７に一体的に形成されており、回路基板３６の実装面における受光素子３５の位置の、当該実装面に対して垂直方向の上方（即ち、受光素子３５の真上）に設けられ、ハウジング３７の開口部付近まで形成されている。また、遮光壁３９は、ＬＥＤ３３から出射された光が受光素子３４，３５によって直接受光されないように遮光するために、ＬＥＤ３３と受光素子３４，３５との間に設けられている。
【００４０】
なお、図５（Ａ）に示すように、ハウジング３７の内部（ＬＥＤ３３と、遮光壁３８及びハウジングの内壁によって形成される開口との間の領域）において、導光路６０の一部と導光路６２の一部とが重なっている。これは、トナー検出ユニット３１の小型化に貢献している。
【００４１】
（ＬＥＤ３３による光の照射領域５４，５８）
ここで、図５（Ａ）に示す、ＬＥＤ３３による光の照射領域５４は、中間転写ベルト１２ａの外周面上（被照射体上）で、導光路６０を通してＬＥＤ３３から光（第１照射光）が照射される領域（第１領域）に相当する。照射領域５４は、導光路６０の左角６０ＬとＬＥＤ３３の一方の端部とを結ぶ光路と、導光路６０の右角６０ＲとＬＥＤ３３の他方の端部とを結ぶ光路と、によって規定される。
【００４２】
また、ＬＥＤ３３による光の照射領域５８は、中間転写ベルト１２ａの外周面上（被照射体上）で、導光路６３を通してＬＥＤ３３から光（第２照射光）が照射される領域（第２領域）に相当する。照射領域５８は、導光路６３の左角６３ＬとＬＥＤ３３の一方の端部とを結ぶ光路と、導光路６３の右角６３ＲとＬＥＤ３３の他方の端部とを結ぶ光路と、によって規定される。
【００４３】
なお、図５（Ａ）に示すように、ＬＥＤ３３から出射された光がＬＥＤ３３を覆うクリアモールド及び保護カバー４９を通過する際には、当該クリアモールド内及び保護カバー４９内で光の屈折が生じる。また、中間転写ベルト１２ａの外周面上（被照射体上）からの反射光が、受光素子３４，３５を覆うクリアモールド４８及び保護カバー４９を通過する際にも屈折が生じる。
【００４４】
（受光素子３４，３５の受光可能領域５５，５６）
図５（Ａ）に示す、受光素子３４の受光可能領域５５は、中間転写ベルト１２ａの外周面上（被照射体上）の領域（範囲）であって、当該領域への光の照射によって反射光が生じた場合に当該反射光を受光素子３４が受光可能な領域に相当する。受光可能領域５５は、導光路６１の左角６１Ｌと受光素子３４の一方の端部を結ぶ直線と、導光路６１の右角６１Ｒと受光素子３４の他方の端部とを結ぶ直線と、によって規定される。なお、図５の例では、受光可能領域５５の一部の領域５５'にのみＬＥＤ３３から光（第１照射光）が照射されるため、この領域５５'からの反射光を受光素子３４によって受光可能である。このように、本実施形態の受光素子３４は、第１照射光が照射されて被照射体で正反射した正反射光を受光する第１受光素子の一例である。
【００４５】
また、受光素子３５の受光可能領域５６は、中間転写ベルト１２ａの外周面上（被照射体上）の領域（範囲）であって、当該領域への光の照射によって反射光が生じた場合に当該反射光を受光素子３５が受光可能な領域に相当する。受光可能領域５６は、導光路６２の左角６２Ｌと受光素子３５の一方の端部を結ぶ直線と、導光路６２の右角６２Ｒと受光素子３５の他方の端部とを結ぶ直線と、によって規定される。なお、図５の例では、受光可能領域５６の一部の領域５６'にのみＬＥＤ３３から光（第２照射光）が照射されるため、この領域５６'からの反射光を受光素子３５によって受光可能である。このように、本実施形態の受光素子３５は、第２照射光が照射されて被照射体で正反射した正反射光を受光する第２受光素子の一例である。
【００４６】
（受光素子３４，３５が受光する光の光路）
本実施形態では、図５（Ｂ）に示すように、受光素子３４は、ＬＥＤ３３から出射され、導光路６０内を光軸線５０に沿って進み、中間転写ベルト１２ａ上の領域５５'で正反射した光を受光するために用いられる。領域５５（領域５５'）で反射した正反射光のうち、領域５７で反射して光軸線５１に沿って進む正反射光が、受光素子３４に到達して受光される。なお、領域５５'内の、領域５７以外の領域に照射された光の乱反射光も受光素子３４によって受光される。
【００４７】
また、受光素子３５は、ＬＥＤ３３から出射され、導光路６３内を概ね光軸線５２に沿って進み、中間転写ベルト１２ａ上の領域５６（領域５６'）で乱反射した光の一部を受光する。中間転写ベルト１２ａの外周面で乱反射した光のうち、導光路６２内を概ね光軸線５３に沿って進む乱反射光が、受光素子３５に到達して受光される。
【００４８】
（トナー検出ユニット３１の小型化）
ここで、図６（Ａ）は、本実施形態に対する比較例として示すトナー検出ユニット１３１の構成を示す断面図である。トナー検出ユニット１３１では、ＬＥＤ３３（発光素子）から出射された光の正反射光及び乱反射光をそれぞれ受光する２個の受光素子３４，３５は、独立した回路素子として回路基板１３６上に実装されている。また、このような実装に合わせて、ハウジング１３７には、ＬＥＤ３３及び２個の受光素子３４，３５に対応する個別の開口部が設けられている。
【００４９】
これに対し、本実施形態では、図４及び図５に示すように、２個の受光素子３４，３５を１つのＩＣとして（並置してパッケージ化した状態で）回路基板３６上に実装可能となるように、ハウジング３７を構成している。具体的には、本実施形態のトナー検出ユニット３１のハウジング３７は、当該ハウジングの内壁と遮光壁３８とによって、保護カバー４９に対向する２つの開口部を形成している。即ち、ハウジング３７は、第１及び第２照射光が通過し、かつ、受光素子３５によって受光される乱反射光が通過する共通の開口部（第１開口）と、受光素子３４によって受光される正反射光が通過する開口部（第２開口）とを形成している。このような構成により、本実施形態のトナー検出ユニット３１では、比較例として示すトナー検出ユニット１３１よりも、ＬＥＤ３３及び２個の受光素子３４，３５が配列された方向（図６における水平方向）のサイズの小型化を実現している。
【００５０】
（トナー検出ユニット３１によるトナー検出性能）
本実施形態のトナー検出ユニット３１は、受光素子３４，３５が、それぞれ異なる受光可能領域５５，５６（領域５５'，５６'）からの反射光を受光するように構成されている。このため、本実施形態のトナー検出ユニット３１を用いると、中間転写ベルト１２ａ上の２つの異なる領域（領域５５'，５６'）において同時にトナー（トナー像）を検出することが可能である。例えば、２個の受光素子３４，３５が、中間転写ベルト１２ａの表面の移動方向と直交する方向に沿って配置されるように、トナー検出ユニット３１を配置する。この場合、受光素子３４，３５に対応する領域５５'，５６'も、中間転写ベルト１２ａの表面の移動方向と直交する方向に沿って配置される。その結果、トナー検出ユニット３１を用いると、領域５５'及び領域５６'をそれぞれ通過するトナー像（例えば、テストパターン３０）を、中間転写ベルト１２ａの回転位相が同位相となるタイミングに検出することが可能である。
【００５１】
また、本実施形態のトナー検出ユニット３１の受光素子３４，３５は、中間転写ベルト１２ａの表面の光学特性及びトナーの光学特性に起因して、検出対象のトナーの濃度に対して異なる感度を有している。具体的には、中間転写ベルト１２ａの表面は、一般に、シートへのトナー像の転写性を高めるために、高い平滑性を有しており、正反射性が強い光学特性を有している。一方、中間転写ベルト１２ａに形成されるトナー像を構成するトナーは、微粒子であることに起因して、光の照射によって様々な方向へ散乱反射を生じさせる。光の照射対象のトナーの濃度が高いほど、正反射光の光量が小さく、乱反射光の光量が大きい。
【００５２】
したがって、受光素子３４は、低濃度側において比較的高い検出精度を有し、受光素子３５は、高濃度側において比較的高い検出精度を有している。本実施形態のトナー検出ユニット３１によれば、このような受光素子３４，３５を組み合わせて、受光素子３４による正反射光の受光結果と受光素子３５による乱反射光の受光結果との両方を用いることにで、トナーの検出精度を高めることが可能である。
【００５３】
本実施形態の画像形成装置１００（制御ユニット４１）は、上述のように、トナー検出ユニット３１からの信号に基づいて、画像形成条件を制御できる。例えば、制御ユニット４１は、中間転写ベルト１２ａに形成された画像（トナー像）が、領域５５'を通過する際に受光素子３４から出力される信号、及び中間転写ベルト１２ａに形成された画像が領域５６'を通過する際に受光素子３５から出力される信号の少なくともいずれかに基づいて、画像の位置を検出し、検出した位置に基づいて色ずれ補正制御を実行してもよい。また、制御ユニット４１は、中間転写ベルト１２ａに形成された画像（トナー像）が、領域５５'を通過する際に受光素子３４から出力される信号、及び中間転写ベルト１２ａに形成された画像が領域５６'を通過する際に受光素子３５から出力される信号の少なくともいずれかに基づいて、画像の濃度を検出し、検出した濃度に基づいて、画像濃度制御を実行してもよい。
【００５４】
＜保護カバー４９及び分離部材５９の特性＞
本実施形態のトナー検出ユニット３１において、ハウジング３７に対して装着された保護カバー４９は、図５に示すように、ハウジング３７への入口部分に形成された、導光路６０，６２，６３側の第１開口と、導光路６１側の第２開口とを覆っている。この保護カバー４９によって、画像形成装置１００内で生じる紙粉等の塵埃及び装置外部から侵入する塵埃がハウジング３７内部に侵入することを防ぎ、そのような塵埃からＬＥＤ３３及び２個の受光素子３４，３５を保護している。
【００５５】
また、本実施形態のトナー検出ユニット３１において、ＬＥＤ３３と保護カバー４９との間に分離部材５９が設けられている。分離部材５９は、当該分離部材によって分離された第１照射光及び第２照射光と、受光素子３５によって受光される乱反射光とを、保護カバー４９におけるそれぞれ異なる領域を透過するように規制している。図５（Ａ）の例では、導光路６０を通る第１照射光は、保護カバー４９の領域５４ｃを通過し、導光路６３を通る第２照射光は、保護カバー４９の領域５８ｃを透過する。また、受光素子３５によって受光される乱反射光は、保護カバー４９の領域５６ｃを透過する。これらの領域５４ｃ，５６ｃ，５８ｃは、互いに異なる（独立した）領域となっている。なお、本実施形態のトナー検出ユニット３１では、保護カバー４９の、受光素子３４によって受光される反射光も、領域５４ｃ，５６ｃ，５８ｃとは異なる領域５５ｃを通過するように、ハウジング３７（遮光壁３８）が構成されている。
【００５６】
このように、トナー検出ユニット３１は、中間転写ベルト１２ａ上では、照射領域５４，５８と受光可能領域５５，５８とが重なっているのに対して、保護カバー４９では、領域５４ｃ，５５ｃ，５６ｃ，５８ｃが互いに重ならないように構成されている。これにより、保護カバー４９上に塵埃が付着する塵埃汚れが発生しても、トナー検出精度の低下を防ぐことが可能になる。以下では、保護カバー４９に生じた塵埃汚れに起因するトナー検出精度の低下を本実施形態のトナー検出ユニット３１によって防ぐことができる仕組みについて、図６（Ｂ）に示すトナー検出ユニット２３１を比較例として用いて説明する。
【００５７】
図６（Ｂ）は、本実施形態に対する比較例として示すトナー検出ユニット２３１の構成を示す断面図である。トナー検出ユニット２３１は、分離部材５９を備えていない点で、本実施形態のトナー検出ユニット３１（図５）と異なっている。また、トナー検出ユニット２３１は、遮光壁３８の、保護カバー４９に接する部分の形状が、トナー検出ユニット３１（図５）と異なっている。トナー検出ユニット２３１では、分離部材５９が存在しないことによって、ＬＥＤ３３から出射された照射光は、分離されずに中間転写ベルト１２ａの外周面に照射される。この場合のＬＥＤ３３による光の照射領域５４は、図５に示す照射領域５４，５８を包含し、かつ、受光可能領域５５，５６の両方と（少なくとも一部が）重なる、広い領域を占めることになる。
【００５８】
トナー検出ユニット３１，２３１のいずれにおいても、保護カバー４９上に塵埃が付着すると、保護カバー４９内を透過する光が塵埃によって遮られる。その結果、保護カバー４９を透過して中間転写ベルト１２ａ（被照射体）に照射される照射光の光量が低下するとともに、中間転写ベルト１２ａで反射して受光素子３４，３５によって受光される反射光の光量が低下する。このような受光素子３４，３５による受光光量の低下は、ＬＥＤ３３が出射する照射光の光量及び受光素子３４，３５の増幅倍率を調整することによって補償可能である。
【００５９】
また、保護カバー４９上に付着した塵埃に、保護カバー４９を透過した光が照射されると、塵埃が微粒子であることに起因して、保護カバー４９からハウジング３７内部の方向へ乱反射が発生する。この乱反射光は、中間転写ベルト１２ａに照射されることなく受光素子３４，３５によって受光される反射光（以下では「迷光」と称する。）となりうる。以下で説明するように、本実施形態のトナー検出ユニット３１では、保護カバー４９において生じるこのような迷光が受光素子３４，３５による受光光量に与える影響を軽減（又は抑制）することが可能である。
【００６０】
ここで、図７は、濃度の異なるトナー像を順に中間転写ベルト１２ａ上に形成し、形成したトナー像を比較例のトナー検出ユニット２３１によって検出した場合の、受光素子３４，３５の出力特性の例を示す図である。図７では、トナーの濃度が０％から１００％まで２０％ずつ段階的に上昇するテストパターン３０を中間転写ベルト１２ａ上に形成し、当該テストパターン３０を検出した場合の、受光素子３４，３５の出力の変化を示している。なお、Ｖ1は、受光素子３４の出力値（電圧）、Ｖ2は、受光素子３５の出力値（電圧）、Ｖs1は、受光素子３４による迷光の受光光量に対応する電圧（迷光レベル）、Ｖs2は、受光素子３５による迷光の受光光量に対応する電圧（迷光レベル）、Ｖfは、トナー検出ユニット３１内の回路が有するオフセット電圧である。また、図７では、塵埃汚れの発生前の出力特性７０１と、塵埃汚れの発生後の出力特性７０２とを示している。なお、出力特性７０２は、ＬＥＤ３３が出射する照射光の光量及び受光素子３４，３５の増幅倍率を調整した後の特性である。
【００６１】
出力特性７０１，７０２のいずれにおいても、受光素子３４の出力値Ｖ1は、トナー像が形成されていない中間転写ベルト１２ａの表面からの反射光を受光した場合に最大値となっている。これは、中間転写ベルト１２ａが有する、正反射性が強い光学特性に起因する。また、受光素子３４の出力値Ｖ1は、テストパターン３０（トナー像）からの反射光を受光した場合、トナーの濃度が増加するほど小さくなっている。これは、トナーの乱反射特性に起因して、トナーの濃度が増加するほどトナーからの正反射光の光量が少なくなるためである。
【００６２】
また、受光素子３５の出力値Ｖ2は、トナーの濃度の変化に対して受光素子３４の出力値Ｖ1とは逆の傾向の変化を示している。具体的には、受光素子３５の出力値Ｖ2は、テストパターン３０が形成されていない中間転写ベルト１２ａの表面からの反射光を受光した場合に最小値となっている。これは、中間転写ベルト１２ａの乱反射特性が弱いためである。また、受光素子３５の出力値Ｖ2は、テストパターン３０（トナー像）からの反射光を受光した場合、トナーの濃度が増加するほど大きくなっている。これは、トナーの乱反射特性に起因して、トナーの濃度が増加するほどトナーからの乱反射光の光量が多くなるためである。
【００６３】
図７の出力特性７０１と出力特性７０２とを比較すると、塵埃汚れが発生した場合、迷光レベルＶs1，Ｖs2が大きなレベルに変化している。これは、保護カバー４９に付着した塵埃にＬＥＤ３３から光が照射されて生じる乱反射光を、迷光として受光素子３４，３５が受光するためである。
【００６４】
具体的には、受光素子３４は、図６（Ｂ）に示すように、保護カバー４９において、受光素子３４によって受光される反射光が通過する領域５５ｃのうち、ＬＥＤ３３からの照射光が通過する領域５４ｃと重なる領域５５ｃ'で生じた迷光を受光する。即ち、受光素子３４は、領域５５ｃ’の中間転写ベルト１２ａ側の境界面（表面）に付着した塵埃によって生じた迷光を受光する。また、受光素子３５は、保護カバー４９において、ＬＥＤ３３からの照射光が通過する領域５４ｃに包含されている、受光素子３５によって受光される反射光が通過する領域５６ｃで生じた迷光を受光する。即ち、受光素子３５は、領域５５ｃの中間転写ベルト１２ａ側の境界面（表面）に付着した塵埃によって生じた迷光を受光する。
【００６５】
このように、保護カバー４９においてＬＥＤ３３からの照射光が通過する領域と受光素子３４，３５によって受光される反射光が通過する領域（即ち、受光可能領域）とが重なっていると、保護カバー４９で生じた迷光が受光素子３４，３５によって受光される。また、上述のように、ＬＥＤ３３が出射する照射光の光量及び受光素子３４，３５の増幅倍率を調整した場合、保護カバー４９に付着する塵埃が増えるほど、受光素子３４，３５による迷光の受光光量が増加することになる。このような受光素子３４，３５による迷光の受光光量（迷光レベルＶs1，Ｖs2）の増加は、トナー検出ユニット３１によるトナーの検出精度の低下を招く。
【００６６】
図７の出力特性７０２では、受光素子３４の出力値Ｖ1と迷光レベルＶS1との差分（トナーの検出結果に相当する出力値）が、迷光レベルＶS1より小さくなっている（Ｖ1−ＶS1＜ＶS1）。同様に、受光素子３５の出力値Ｖ2と迷光レベルＶS2との差分（トナーの検出結果に相当する出力値）が、迷光レベルＶS2より小さくなっている（Ｖ21−ＶS2＜ＶS2）。この場合、迷光の受光光量に起因して、出力値Ｖ1，Ｖ2に基づいてトナーを精度良く検出することが難しくなる。
【００６７】
一方、図８は、濃度の異なるトナー像を順に中間転写ベルト１２ａ上に形成し、形成したトナー像を本実施形態のトナー検出ユニット３１によって検出した場合の、受光素子３４，３５の出力特性の例を示す図である。なお、図８では、図７と同様の条件下で出力特性８０１，８０２を取得した結果を示している。
【００６８】
図８の出力特性８０１と出力特性８０２では、塵埃汚れが発生しても、迷光レベルＶs1，Ｖs2に変化が生じておらず、即ち、受光素子３４，３５による迷光の受光光量は増加していない。これにより、受光素子３４，３５の出力値Ｖ1，Ｖ2にも変化が生じていない。これは、本実施形態のトナー検出ユニット３１では、保護カバー４９においてＬＥＤ３３からの照射光が通過する領域と受光素子３４，３５によって受光される反射光が通過する領域（即ち、受光可能領域）とが重なっていないためである。即ち、領域５５ｃ，５６ｃと領域５４ｃ，５８ｃとが異なる領域であるため、受光素子３４，３５は、ＬＥＤ３３からの第１及び第２照射光がそれぞれ通過する領域５４ｃ，５８ｃにおいて生じる迷光を受光することがない。
【００６９】
このように、本実施形態のトナー検出ユニット３１では、分離部材５９によって、第１照射光及び第２照射光と受光素子３５によって受光される乱反射光とを、保護カバー４９におけるそれぞれ異なる領域を透過するように規制する。これにより、保護カバー４９における、ＬＥＤ３３からの照射光が通過する領域で生じる迷光が、受光素子３５によって受光されることを防止できる。また、本実施形態のトナー検出ユニット３１では、導光路６０を通る第１照射光と、受光素子３４によって受光される反射光とが、保護カバー４９におけるそれぞれ異なる領域を透過するように、ハウジング３７（遮光壁３８）を構成している。即ち、ハウジング３７に形成される第１開口及び第２開口によって、第１照射光と、受光可能領域５５（被照射体）で反射して受光素子３４によって受光される反射光とを、保護カバー４９におけるそれぞれ異なる領域を透過するように規制する。これにより、保護カバー４９における、ＬＥＤ３３からの照射光が通過する領域で生じる迷光が、受光素子３４によって受光されることを防止できる。したがって、本実施形態によれば、トナー検出ユニット３１（光学センサ）の小型化を実現しつつ、保護カバー４９に塵埃汚れが発生したとしてもトナー検出精度の低下を防止することが可能である。
【００７０】
＜トナー検出ユニット３１の他の特徴＞
次に、図９乃至図１４を参照して、本実施形態のトナー検出ユニット３１の他の特徴について説明する。トナー検出ユニット３１は、トナー検出精度をより高めるために、以下で説明するような遮光機能の少なくともいずれかを有していてもよい。
【００７１】
（分離部材５９からの反射光の遮光）
図９は、ＬＥＤ３３から光が照射されて分離部材５９で生じた反射光の遮光例を示す図である。分離部材５９には、ＬＥＤ３３に対向する面６４に、ＬＥＤ３３から光が照射される。本例では、分離部材５９の面６４からの反射光が、迷光として受光素子３４，３５によって受光されることを防止する。これを実現するために、遮光壁３９は、図９に示すように、突起３９ａを有することによって、ＬＥＤ３３から出射され、かつ、分離部材５９の表面で反射して、受光素子３４，３５に向かう光を遮る高さを有するように形成されうる。突起３９ａによって、面６４で反射した反射光が受光素子３４，３５に入射することを防止できる。
【００７２】
また、図９では、分離部材５９の面６４における、受光素子３４，３５側の部分が、水平面５９ａ及び垂直面５９ｂで構成されている。本例では、水平面５９ａ及び垂直面５９ｂに代えて斜面５９ｃが設けられていても、斜面５９ｃ反射した反射光が受光素子３４，３５に入射することを突起３９ａによって防止できる。なお、遮光壁３９が十分な高さを有しない場合には、面６４を水平面５９ａ及び垂直面５９ｂによって構成することが、受光素子３４，３５に向かう迷光の低減に有効である。
【００７３】
また、突起３９の表面は、図９に示すように、分離部材５９で反射した光が突起３９で更に反射したとしても、受光素子３４，３５に向かう反射光（迷光）とならないように形成されうる。また、分離部材５９の表面は、ＬＥＤ３３から出射された光を受光素子３４，３５に向けて反射させない角度を有するように形成されうる。
【００７４】
（保護カバー４９の境界面からの反射光の遮光）
図１０は、保護カバー４９の、ハウジング３７と対向している境界面４９ａで生じた反射光の遮光例を示す図である。図１１は、保護カバー４９の、ハウジング３７と対向している境界面４９ｂで生じた反射光の遮光例を示す図である。なお、保護カバー４９は、境界面４９ａと、境界面４９ａとは反対側の境界面４９ｂとを有する。保護カバー４９は、ガラス、アクリル等の透過性を有する材質で構成されており、材質によって固有の屈折率を有している。境界面４９ａ，４９ｂは、大気中の屈折率と保護カバー４９内の屈折率との間に差が生じる部分に相当する。このため、図１２に示すように、境界面４９ａ，４９ｂでは、ＬＥＤ３３からの照射光の一部は透過し、一部は反射する。
【００７５】
図１０の例では、本例では、保護カバー４９の境界面４９ａからの反射光が、迷光として受光素子３４，３５によって受光されることを防止する。これを実現するために、遮光壁３８は、ＬＥＤ３３の側へ突き出した突起３８ａであって、ＬＥＤ３３から出射され、かつ、境界面４９ａで反射して、受光素子３４，３５に向かう反射光８０，８１を遮るように形成された突起３８ａを有するように形成されうる。突起３８ａによって、境界面４９ａで反射した反射光が受光素子３４，３５に入射することを防止できる。
【００７６】
また、図１１の例では、本例では、保護カバー４９の境界面４９ａからの反射光が、迷光として受光素子３４，３５によって受光されることを防止する。これを実現するために、遮光壁３８が有する突起３８ａは、図１１に示すように、ＬＥＤ３３から出射され、境界面４９ａを透過し、かつ、境界面４９ｂで反射して、受光素子３５に向かう反射光８２，８３を遮るように形成されうる。
【００７７】
なお、反射光８０〜８３は、受光素子３４，３５に直接入射しなくとも、クリアモールド４８に入射することによって、クリアモールド４８内の内面反射が繰り返されて、受光素子３４，３５によって受光されてしまう可能性がある。このため、図１０及び図１１に示すように、反射光の進行方向に対してできるだけ上流に突起３８ａを設けることが、反射光８０〜８３がクリアモールド４８に入射することを防ぐ観点で有効である。
【００７８】
図１０及び図１１の例では、更に、遮光壁３９は、受光素子３４，３５の側へ突き出した突起３９ｂを有するように形成されうる。この突起３９ｂは、ＬＥＤ３３から出射され、かつ、境界面４９ａ，４９ｂで反射して、受光素子３４，３５に向かう光８０〜８２を遮るために設けられる。これにより、境界面４９ａ，４９ｂで生じた反射光８０〜８３を、突起３９ｂに遮光できなかったとしても、突起３９ｂによって遮光して、受光素子３４，３５に入射することを防止できる。
【００７９】
また、突起３９ｂの表面は、ＬＥＤ３３から出射され、かつ、境界面４９ａ，４９ｂで反射した光８０〜８２を、受光素子３４，３５に向けて反射させない角度を有するように形成されうる。これにより、反射光８０〜８２が受光素子３４，３５によって受光される迷光となる可能性を低くすることが可能である。
【００８０】
図１１の例では、更に、遮光壁３８は、ＬＥＤ３３から出射され、境界面４９ａを透過し、かつ、境界面４９ｂで反射して、受光素子３４に向かう光８４を遮るように形成されうる。具体的には、遮光壁３８は、保護カバー４９の境界面４９ａに接触するように形成されうる。これにより、境界面４９ｂで生じた反射光８４が受光素子３４に入射することを防止できる。
【００８１】
なお、本例では、境界面４９ａ，４９ｂは、いずれも中間転写ベルト１２ａの外周面と平行となるように構成されているが、境界面４９ａ，４９ｂで生じる反射光が受光素子３４，３５に向かわないように境界面４９ａ，４９ｂの角度が設定されてもよい。
【００８２】
（照射領域５４，５８からの反射光の遮光）
図１３は、中間転写ベルト１２ａ上の照射領域５８からの反射光の遮光例を示す図である。トナー検出ユニット３１では、受光可能領域５５（領域５５'）からの正反射光を受光するための受光素子３４によって、照射領域５８からの反射光が受光されることは防止する必要がある。これを実現するために、遮光壁３８は、突起３８ｂを有することによって、照射領域５８で乱反射して受光素子３４に向かう光６５を遮るように形成されうる。
【００８３】
また、図１４は、中間転写ベルト１２ａ上の照射領域５４からの反射光の遮光例を示す図である。トナー検出ユニット３１では、受光可能領域５６（領域５６'）からの乱反射光を受光するための受光素子３５によって、照射領域５４からの反射光が受光されることは防止する必要がある。これを実現するために、遮光壁３８の突起３８ａは、更に、照射領域５４で乱反射して受光素子３５に向かう光６７を遮るように形成されうる。
【００８４】
図１４の例では、更に、突起３８ｂは、照射領域５４で乱反射して受光素子３５に向かう光６６を遮るように形成されうる。遮光壁３８の下部に突起３８ｂが存在せず、遮光壁３８の下面が水平面３８ｃで構成されていた場合、照射領域５４からの反射光６６が受光素子３５に入射することになる。しかし、図１４に示すような突起３８ｂを遮光壁３８に設けることによって、このような反射光６６が受光素子３５に入射することを防止可能になる。
【００８５】
以上説明したように、本実施形態のトナー検出ユニット３１においては、ＬＥＤ３３は、被照射体（中間転写ベルト１２ａ）に照射される照射光を出射する。分離部材５９は、ＬＥＤ３３から出射された照射光を第１照射光と第２照射光とに分離する。受光素子３４は、第１照射光が照射されて被照射体で正反射した正反射光を受光する。受光素子３５は、第２照射光が照射されて被照射体で乱反射した乱反射光を受光する。ハウジング３７は、第１及び第２照射光が通過し、かつ、受光素子３５によって受光される乱反射光が通過する第１開口と、受光素子３４によって受光される正反射光が通過する第２開口とを形成している。保護カバー４９は、光透過性を有し、第１及び第２開口を覆っている。分離部材５９は、ＬＥＤ３３と保護カバー４９との間の位置に設けられ、第１及び第２照射光と受光素子３５によって受光される乱反射光とを、保護カバー４９におけるそれぞれ異なる領域を透過するように規制する。本実施形態によれば、トナー検出ユニット３１の小型化を実現しつつ、保護カバー４９に塵埃汚れが発生したとしてもトナー検出精度の低下を防止することが可能である。
【００８６】
［第２実施形態］
第２実施形態では、受光素子３５による受光光量を増加させるために、第１実施形態の保護カバー４９に対して、第１照射光及び受光素子３５によって受光される乱反射光の少なくともいずれかを集光する集光部材を設ける例について説明する。なお、以下では、第１実施形態と相違する点について説明する。
【００８７】
図１５及び図１６はそれぞれ、第２実施形態に係る、トナー検出ユニット３１の構成例を示す斜視図及び概略的な断面図である。また、図１７は、図１６に示す、導光路６３内のＡ−Ａ断面についての断面図である。本実施形態のトナー検出ユニット３１は、図１５に示すように、保護カバー４９に集光部材４７が設けられている点で、第１実施形態のトナー検出ユニット３１と異なっている。
【００８８】
トナー検出ユニット３１の受光可能領域５６は、比較例として示したトナー検出ユニット２３１の受光可能領域５６（図６（Ｂ））よりも狭くなっている。これは、ＬＥＤ３３からの照射光の照射領域及び受光素子３５に対応する受光可能領域が、分離部材５９によって制限されるためである。これは、受光素子３５による受光光量の減少につながる。
【００８９】
本実施形態では、このような受光可能領域５６の制限に起因した、受光素子３５による受光光量の減少を補償するために、保護カバー４９に集光部材４７を設けている。集光部材４７は、図１７に示すように、ＬＥＤ３３から照射領域５８に向かう第２照射光を、中間転写ベルト１２ａの表面の移動方向（副走査方向）において集光するとともに、領域５６'から受光素子３５へ向かう乱反射光も副走査方向において集光する。これにより、受光素子３５による受光光量を大きくすることが可能である。なお、図１５及び図１７には、円筒形状を有する集光部材４７が示されているが、集光部材４７は、例えば、球形状、楕円形状、又はフレネルレンズ形状を有していてもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１００：画像形成装置、１：感光ドラム、１２ａ：中間転写ベルト、４１：制御ユニット
３０：テストパターン、３１：トナー検出ユニット、
３３：ＬＥＤ、３４，３５：受光素子、３６：回路基板
３７：ハウジング、３８，３９：遮光壁、４９：保護カバー、５９：分離部材
【図１】
2018179681.tif 000003
【図２】
2018179681.tif 000004
【図３】
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【図４】
2018179681.tif 000006
【図５】
2018179681.tif 000007
【図６】
2018179681.tif 000008
【図７】
2018179681.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2018179681.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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