(57)【要約】【課題】光を正反射させる照射対象物上に存在する光を正反射させない物体の付着量を、感度よく検出できる範囲を従来に比べて広げることである。【解決手段】本Ｐセンサ３０は、発光素子３１からの入射光が感光体ドラム表面で正反射したときの正反射光を受光素子３２で受光し、感光体ドラム上のトナー付着量を検出する。このＰセンサは、発光素子からの入射光が感光体ドラム表面に至る直前における入射光路の中心線と、その感光体ドラムでの反射直後における正反射光路の中心線とのなす角が２５°以下となるように構成されている。これにより、受光素子により受光される正反射光に寄与しない感光体ドラム表面部分の面積を、感光体ドラム表面上に付着するトナーが実際に占有している感光体ドラム表面部分の面積に十分に近づけることができる。よって、トナー付着量が多くても、これを十分な感度で検出することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの発光手段と、
該発光手段から照射された入射光が照射対象物により正反射したときの正反射光を受光する第１の受光手段と、
該発光手段から照射された入射光が照射対象物上の物体により乱反射したときの乱反射光を受光する第２の受光手段とを備えた光学センサにおいて、
上記発光手段からの入射光が上記照射対象物に至るまでの入射光路のうち該照射対象物に至る直前における入射光路の中心線と、該照射対象物からの正反射光が上記第１の受光手段に至るまでの正反射光路のうち該照射対象物での反射直後における正反射光路の中心線とのなす角が、２５°以下となるように構成したことを特徴とする光学センサ。
【請求項２】
請求項１の光学センサにおいて、
上記なす角が２０°以下となるように構成したことを特徴とする光学センサ。
【請求項３】
請求項１又は２の光学センサにおいて、
上記入射光路及び上記正反射光路のうちの少なくとも一方の光路に、光の進行方向を変更する進行方向変更手段を有することを特徴とする光学センサ。
【請求項４】
請求項３の光学センサにおいて、
上記進行方向変更手段を、光を反射する光反射部材で構成したことを特徴とする光学センサ。
【請求項５】
請求項３の光学センサにおいて、
上記進行方向変更手段を、光を屈折させる光屈折部材で構成したことを特徴とする光学センサ。
【請求項６】
請求項３の光学センサにおいて、
上記進行方向変更手段を、上記光路の中心線に対して光軸がズレるように配置した集光部材又は光放散部材で構成したことを特徴とする光学センサ。
【請求項７】
請求項５の光学センサにおいて、
上記進行方向変更手段を、上記少なくとも一方の光路の中心線に対して光軸が傾斜するように配置した集光部材又は光放散部材で構成したことを特徴とする光学センサ。
【請求項８】
請求項１又は２の光学センサにおいて、
上記入射光路及び上記正反射光路のうちの少なくとも一方の光路に、該光路の中心線に対して光軸が一致するように配置した集光部材を設けたことを特徴とする光学センサ。
【請求項９】
請求項１又は２の光学センサにおいて、
上記正反射光路に、光放散部材を設けたことを特徴とする光学センサ。
【請求項１０】
請求項９の光学センサにおいて、
上記入射光路に集光部材を設け、
上記発光手段から該集光部材までの距離をａ1とし、該集光部材から上記照射対象物までの距離をｂ1とし、該集光部材の焦点距離をｆ1とし、かつ、上記光放散部材から上記第１の受光手段までの距離をａ2とし、該照射対象物から該光放散部材までの距離をｂ2とし、該光放散部材の焦点距離をｆ2としたとき、次の２つの演算式のうちの少なくとも一方を満たすように、該集光部材及び該光放散部材を配置したことを特徴とする光学センサ。
１／ａ1  ＋  １／（ｂ1＋ｂ2）  ＝  １／ｆ1
１／ａ2  ＋  １／（ｂ1＋ｂ2）  ＝  １／ｆ2
【請求項１１】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０の光学センサにおいて、
上記発光手段及び上記第１の受光手段の少なくとも一方を、光学素子が基板上に表面実装された表面実装光学手段で構成したことを特徴とする光学センサ。
【請求項１２】
少なくとも１つの発光手段と、
該発光手段から照射された入射光が照射対象物によって正反射したときの正反射光を受光する第１の受光手段と、
該発光手段から照射された入射光が照射対象物上の物体により乱反射したときの乱反射光を受光する第２の受光手段とを備えた光学センサにおいて、
上記発光手段からの入射光が上記照射対象物に至るまでの入射光路、該照射対象物からの正反射光が上記第１の受光手段に至るまでの正反射光路、及び、該照射対象物からの乱反射光が上記第２の受光手段に至るまでの乱反射光路のうちの少なくとも１つの光路に、集光部材を設けたことを特徴とする光学センサ。
【請求項１３】
請求項８又は１２の光学センサにおいて、
上記集光部材を、上記入射光路及び上記正反射光路の両方に設けたことを特徴とする光学センサ。
【請求項１４】
請求項８、１２又は１３の光学センサにおいて、
上記少なくとも一方の光路の始点から上記集光部材までの距離をａとし、該集光部材から該光路の終点までの距離をｂとし、該集光部材の焦点距離をｆとしたとき、次の演算式を満たすように、該集光部材を配置したことを特徴とする光学センサ。
１／ａ  ＋  １／ｂ  ＝  １／ｆ
【請求項１５】
請求項８、１２、１３又は１４の光学センサにおいて、
上記正反射光路に、光放散部材を設けたことを特徴とする光学センサ。
【請求項１６】
請求項１５の光学センサにおいて、
上記入射光路に集光部材を設け、
上記発光手段から該集光部材までの距離をａ1とし、該集光部材から上記照射対象物までの距離をｂ1とし、該集光部材の焦点距離をｆ1とし、かつ、上記光放散部材から上記第１の受光手段までの距離をａ2とし、該照射対象物から該光放散部材までの距離をｂ2とし、該光放散部材の焦点距離をｆ2としたとき、次の２つの演算式のうちの少なくとも一方を満たすように、該集光部材及び該光放散部材を配置したことを特徴とする光学センサ。
１／ａ1  ＋  １／（ｂ1＋ｂ2）  ＝  １／ｆ1
１／ａ2  ＋  １／（ｂ1＋ｂ2）  ＝  １／ｆ2
【請求項１７】
請求項６、７、８、９、１０、１２、１３、１４、１５又は１６の光学センサにおいて、
上記集光部材及び上記光放散部材あるいは上記集光部材又は上記光放散部材における上記照射対象物に対向する側の面が平面であることを特徴とする光学センサ。
【請求項１８】
少なくとも１つの発光手段と、
該発光手段から照射された入射光が照射対象物によって正反射したときの正反射光を受光する第１の受光手段と、
該発光手段から照射された入射光が照射対象物上の物体により乱反射したときの乱反射光を受光する第２の受光手段とを備えた光学センサにおいて、
上記発光手段及び上記第１の受光手段の少なくとも一方を、光学素子が基板上に表面実装された表面実装光学手段で構成したことを特徴とする光学センサ。
【請求項１９】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７又は１８の光学センサにおいて、
上記発光手段及び上記第１の受光手段を、単一のパッケージに封入したことを特徴とする光学センサ。
【請求項２０】
請求項１１又は１８の光学センサにおいて、
上記発光手段の光学素子と上記第１の受光手段の光学素子とを、互いに同一基板の反対面に実装したことを特徴とする光学センサ。
【請求項２１】
請求項１１、１８又は１９の光学センサにおいて、
上記発光手段及び上記第１の受光手段の両方を上記表面実装光学手段で構成し、
該発光手段の光学素子と該第１の受光手段の光学素子とを、互いに同一基板の同一面に表面実装するとともに、これらの光学素子を結ぶ線分上に遮光手段を設けたことを特徴とする光学センサ。
【請求項２２】
請求項２１の光学センサにおいて、
上記遮光手段として、上記基板に実装された実装部品を用いたことを特徴とする光学センサ。
【請求項２３】
請求項１１、１８又は１９の光学センサにおいて、
上記発光手段及び上記第１の受光手段の両方を上記表面実装光学手段で構成し、
該発光手段の光学素子と該第１の受光手段の光学素子とを、互いに同一基板の同一面に表面実装するとともに、これらの光学素子を結ぶ線分上の基板面に貫通孔を設けたことことを特徴とする光学センサ。
【請求項２４】
請求項１１、１８、１９、２０、２１、２２又は２３の光学センサにおいて、
上記表面実装光学手段として、実装部品が光路を遮らないように構成したことを特徴とする光学センサ。
【請求項２５】
請求項１１、１８、１９、２０、２１、２２、２３又は２４の光学センサにおいて、
上記表面実装光学手段は、光路に対向する基板上に表面実装部品が表面実装されたものを用いたことを特徴とする光学センサ。
【請求項２６】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４又は２５の光学センサにおいて、
上記発光手段からの入射光の絞り径を、上記第１の受光手段への正反射光の絞り径よりも大きくしたことを特徴とする光学センサ。
【請求項２７】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５又は２６の光学センサにおいて、
上記第２の受光手段を、上記発光手段からの入射光が上記照射対象物に至るまでの入射光路と、該照射対象物からの正反射光が上記第１の受光手段に至るまでの正反射光路とを含む仮想平面外に配置したことを特徴とする光学センサ。
【請求項２８】
少なくとも１つの発光手段と、
該発光手段から照射された入射光が照射対象物により正反射したときの正反射光を受光する第１の受光手段と、
該発光手段から照射された入射光が照射対象物上の物体により乱反射したときの乱反射光を受光する第２の受光手段とを備えた光学センサにおいて、
上記第２の受光手段を、上記発光手段からの入射光が上記照射対象物に至るまでの入射光路と、該照射対象物からの正反射光が上記第１の受光手段に至るまでの正反射光路とを含む仮想平面外に配置したことを特徴とする光学センサ。
【請求項２９】
請求項２７又は２８の光学センサにおいて、
上記発光手段を構成する光学素子及び上記第１の受光手段を構成する光学素子の両方を基板の同一面に実装し、
上記第２の受光手段を構成する光学素子を、該同一面とは反対側の基板面に実装したことを特徴とする光学センサ。
【請求項３０】
請求項２７、２８又は２９の光学センサにおいて、
上記第２の受光手段を構成する光学素子のリード線を該基板にはんだ付けしたことを特徴とする光学センサ。
【請求項３１】
請求項２７、２８、２９又は３０の光学センサにおいて、
上記第２の受光手段が受光する乱反射光が通る乱反射光路のうち、該第２の受光手段に隣接する領域を囲うケーシングを有し、
該乱反射光を反射させる反射面を該ケーシングの内壁に設けたことを特徴とする光学センサ。
【請求項３２】
請求項３１の光学センサにおいて、
上記反射面は、白色面であることを特徴とする光学センサ。
【請求項３３】
請求項３１の光学センサにおいて、
上記反射面は、鏡面であることを特徴とする光学センサ。
【請求項３４】
請求項２７、２８、２９、３０、３１、３２又は３３の光学センサにおいて、
上記第２の受光手段が受光する乱反射光が通る乱反射光路のうち、該第２の受光手段に隣接する領域を囲うケーシングを有し、
該ケーシングへの乱反射光の入口開口に光透過部材を設けたことを特徴とする光学センサ。
【請求項３５】
請求項３４の光学センサにおいて、
上記光透過部材として、フレンネルレンズを用いたことを特徴とする光学センサ。
【請求項３６】
光を正反射させる表面を有する像担持体と、
該像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
該トナー像形成手段により該像担持体上にトナーを付着させたときの該トナーの付着量を検出するための光学センサと、
該光学センサの検出結果に基づいて画像濃度制御を行う画像濃度制御手段とを備えた画像形成装置において、
上記光学センサとして、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４又は３５の光学センサを用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３７】
請求項３６の画像形成装置において、
上記トナー像を構成するトナーとして、重量平均粒径が８μｍ以下のものを用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３８】
請求項３６又は３７の画像形成装置において、
上記トナー像を構成するトナーとして、平均円形度が０．９３以上のものを用いた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、照射対象物に対して照射した入射光の正反射光を受光する光学センサ及びこの光学センサを用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の画像形成装置においては、安定した画像濃度を得るために、感光体等の像担持体表面に濃度検知用トナーパッチ（基準パターン）を作成し、そのパッチの濃度を光学センサにより検出するものがある。この画像形成装置では、その光学センサによる検出結果に基づき、潜像形成用の書込光強度、帯電バイアス、現像バイアス等を変更して現像ポテンシャルを調節したり、２成分現像方式の場合には現像器内のトナー濃度の目標値を調節したりするような画像濃度制御を行う。この光学センサは、基準パターンを検出対象することからＰ（パターン）センサと呼ばれ、発光手段と受光手段とを備えた反射型光学センサが一般的に用いられる。
【０００３】
反射型光学センサには、照射対象物に照射した光が正反射したときの正反射光を検出するものがあり、このような反射型光学センサは、特許文献１等に開示されている。正反射光を検出する反射型光学センサをＰセンサとして用いたときの検出原理は、感光体ドラム上のトナー濃度（トナー付着量）を検出する場合を例に挙げて説明すれば、次のとおりである。
感光体ドラムの表面（照射対象物）にトナーが付着していない場合、入射光は、感光体ドラム表面で正反射し、その感光体ドラム表面の反射率に応じた正反射光が受光素子に受光される。これに対し、感光体ドラムの表面にトナーが付着している場合、入射光がトナーに吸収されたり、トナーによって乱反射したりする。そのため、入射光が感光体ドラム表面に到達する前にトナーに遮られたり、感光体ドラム表面からの正反射光が受光素子に到達する前にトナーに遮られたりすると、正反射光が受光素子で受光されない。よって、感光体ドラムの表面上のトナー付着量が多くなるにつれて、受光素子での受光量が減ることになる。したがって、受光素子での受光量に基づいて、感光体ドラム表面上のトナー付着量を検出することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１６（ａ）及び（ｂ）は、照射対象物である感光体ドラム５の表面に、トナーが付着している様子を示す模式図である。Ｐセンサの図示しない発光素子から入射光Ｌ1が照射されると、トナーＴに邪魔されなければ、その入射光Ｌ1が感光体ドラム表面で正反射し、その正反射光Ｌ2が図示しない受光素子で受光される。しかし、図中斜線で示す領域の入射光は、トナーＴに邪魔されて受光素子に到達することができない。正反射光を検出する場合には、入射光の光路が感光体ドラム表面の法線方向Ｚに対して傾斜している必要がある。そのため、受光素子により受光される正反射光に寄与しない感光体ドラム表面部分の面積Ｓ1は、感光体ドラム表面に対するトナーＴの正投影面積、すなわち、感光体ドラム表面を実際にトナーが占有している部分の面積Ｓ0よりも大きくなる。すなわち、感光体ドラム表面を実際にトナーが占有している部分の面積Ｓ0に対する、受光素子により受光される正反射光に寄与しない感光体ドラム表面部分の面積Ｓ1の比率（以下、「シャドーファクター」という。）が大きくなる。よって、図１６（ｂ）に示すように、１個のトナーＴ1に対して別のトナーＴ2が近接していると、これらの間のスペースＳ2については、トナーが存在していないにも関わらず、その正反射光が受光素子で受光されることはない。その結果、スペースＳ2程度の間隔をあけて感光体ドラム上にトナーが付着した段階で、それ以上トナーが付着しても、これをＰセンサによって検出することが困難となる。したがって、感光体ドラム表面上のトナー付着量が多い領域に対しては、正反射光を検出するＰセンサの感度が低下し、その付着量を検出することは困難となる。
【０００５】
図１７は、感光体ドラム表面に付着した黒トナーの付着量と、正反射光を検出するＰセンサの出力電圧との関係を示すグラフである。また、図１８は、感光体ドラム表面に付着したカラートナーの付着量と、正反射光を検出するＰセンサの出力電圧との関係を示すグラフである。これらのグラフからわかるように、黒トナー及びカラートナーのいずれの場合も、付着量がおよそ０．３ｍｇ／ｃｍ2程度になるまでは、トナー付着量の増加に対するＰセンサの出力電圧変化量が十分大きいので、トナー付着量を検出することが可能である。しかし、付着量がこれ以上多くなると、Ｐセンサの出力電圧の変化がほとんどなくなり、トナー付着量を検出することができない。なお、図１８に示すように、カラートナーの場合には、Ｐセンサの出力電圧がおよそ０．４ｍｇ／ｃｍ2を境に単調減少から単調増加に転じている。これは、黒トナーの場合にはトナーが光を吸収するのに対し、カラートナーは光を乱反射させるという性質から生じた現象である。すなわち、カラートナーの場合、正反射光のほかトナーによる乱反射光も受光素子に受光されるが、その受光素子に受光される乱反射光の光量がトナー付着量の増加に伴って増加した結果の現象である。
【０００６】
特に、近年では、トナーの小粒径化が進み、また、トナーの円形度も向上していることから、正反射光を検出するＰセンサによるトナー付着量の検出限界が実質的に狭くなる状況となっている。すなわち、図１３や図１４に示したグラフで説明すれば、トナー付着量に対するＰセンサの出力電圧の変化がほとんどなくなる地点が、トナー付着量の低い方にシフトする状況にある。
詳しく説明すると、トナーの重量平均粒径が８μｍ以下という小粒径トナーの場合、１個のトナーが定着時の熱と圧力によって引き延ばされて記録紙表面を覆う面積は小さい。よって、同じ画像濃度を得る場合には、トナーの粒径が小さいほど多くのトナーが必要となるので、所望の画像濃度を得るために像担持体表面上のトナー付着量を検出するときには、トナーの粒径が小さいほどトナー付着量が多い領域を感度よく検出する必要がある。すなわち、トナーの粒径が小さくなるにつれて、Ｐセンサによるトナー付着量の検出範囲が高付着量側にシフトするため、Ｐセンサによるトナー付着量の検出限界が実質的に狭くなる。しかも、トナー付着量は、図１３や図１４に示したグラフのように、通常、単位面積当たりのトナー重量で表され、このトナー重量はトナーの体積に比例する。この場合、トナーの径が小さくなると、トナー半径をＲとすれば、トナーの体積は１／Ｒ3に比例して小さくなるため、トナー重量も１／Ｒ3に比例して小さくなる。そのため、トナー付着量に対するＰセンサの出力電圧の変化がほとんどなくなる地点は、トナー付着量の低い方にシフトする。したがって、Ｐセンサによるトナー付着量の検出限界が更に狭いものとなる。
また、平均円形度が０．９３以上という円形度の高いトナーの場合、一般に、上記シャドーファクターが大きくなる。そのため、感光体ドラム表面上のトナー付着量が多い領域に対しては、正反射光を検出するＰセンサの感度が低下し、その付着量を検出することは困難となる。
【０００７】
以上の説明では、感光体ドラム上のトナー付着量を検出するための光学センサについて説明したが、光を正反射させる照射対象物上に存在する光を正反射させない物体の量を正反射光の受光により検出する光学センサであれば、検出可能範囲が狭いという上記と同様の問題を有する。
【０００８】
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、光を正反射させる照射対象物上に存在する光を正反射させない物体の付着量を、感度よく検出できる範囲を従来に比べて広げることが可能な光学センサ及び画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、少なくとも１つの発光手段と、該発光手段から照射された入射光が照射対象物により正反射したときの正反射光を受光する第１の受光手段と、該発光手段から照射された入射光が照射対象物上の物体により乱反射したときの乱反射光を受光する第２の受光手段とを備えた光学センサにおいて、上記発光手段からの入射光が上記照射対象物に至るまでの入射光路のうち該照射対象物に至る直前における入射光路の中心線と、該照射対象物からの正反射光が上記第１の受光手段に至るまでの正反射光路のうち該照射対象物での反射直後における正反射光路の中心線とのなす角が、２５°以下となるように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の光学センサにおいて、上記なす角が２０°以下となるように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の光学センサにおいて、上記入射光路及び上記正反射光路のうちの少なくとも一方の光路に、光の進行方向を変更する進行方向変更手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項３の光学センサにおいて、上記進行方向変更手段を、光を反射する光反射部材で構成したことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項３の光学センサにおいて、上記進行方向変更手段を、光を屈折させる光屈折部材で構成したことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項３の光学センサにおいて、上記進行方向変更手段を、上記光路の中心線に対して光軸がズレるように配置した集光部材又は光放散部材で構成したことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項５の光学センサにおいて、上記進行方向変更手段を、上記少なくとも一方の光路の中心線に対して光軸が傾斜するように配置した集光部材又は光放散部材で構成したことを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項１又は２の光学センサにおいて、上記入射光路及び上記正反射光路のうちの少なくとも一方の光路に、該光路の中心線に対して光軸が一致するように配置した集光部材を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項１又は２の光学センサにおいて、上記正反射光路に、光放散部材を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、請求項９の光学センサにおいて、上記入射光路に集光部材を設け、上記発光手段から該集光部材までの距離をａ1とし、該集光部材から上記照射対象物までの距離をｂ1とし、該集光部材の焦点距離をｆ1とし、かつ、上記光放散部材から上記第１の受光手段までの距離をａ2とし、該照射対象物から該光放散部材までの距離をｂ2とし、該光放散部材の焦点距離をｆ2としたとき、次の２つの演算式のうちの少なくとも一方を満たすように、該集光部材及び該光放散部材を配置したことを特徴とするものである。
１／ａ1＋１／（ｂ1＋ｂ2）＝１／ｆ1
１／ａ2＋１／（ｂ1＋ｂ2）＝１／ｆ2
また、請求項１１の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０の光学センサにおいて、上記発光手段及び上記第１の受光手段の少なくとも一方を、光学素子が基板上に表面実装された表面実装光学手段で構成したことを特徴とするものである。
また、請求項１２の発明は、少なくとも１つの発光手段と、該発光手段から照射された入射光が照射対象物によって正反射したときの正反射光を受光する第１の受光手段と、該発光手段から照射された入射光が照射対象物上の物体により乱反射したときの乱反射光を受光する第２の受光手段とを備えた光学センサにおいて、上記発光手段からの入射光が上記照射対象物に至るまでの入射光路、該照射対象物からの正反射光が上記第１の受光手段に至るまでの正反射光路、及び、該照射対象物からの乱反射光が上記第２の受光手段に至るまでの乱反射光路のうちの少なくとも１つの光路に、集光部材を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項１３の発明は、請求項８又は１２の光学センサにおいて、上記集光部材を、上記入射光路及び上記正反射光路の両方に設けたことを特徴とするものである。
また、請求項１４の発明は、請求項８、１２又は１３の光学センサにおいて、上記少なくとも一方の光路の始点から上記集光部材までの距離をａとし、該集光部材から該光路の終点までの距離をｂとし、該集光部材の焦点距離をｆとしたとき、次の演算式を満たすように、該集光部材を配置したことを特徴とするものである。
１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆ
また、請求項１５の発明は、請求項８、１２、１３又は１４の光学センサにおいて、上記正反射光路に、光放散部材を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項１６の発明は、請求項１５の光学センサにおいて、上記入射光路に集光部材を設け、上記発光手段から該集光部材までの距離をａ1とし、該集光部材から上記照射対象物までの距離をｂ1とし、該集光部材の焦点距離をｆ1とし、かつ、上記光放散部材から上記第１の受光手段までの距離をａ2とし、該照射対象物から該光放散部材までの距離をｂ2とし、該光放散部材の焦点距離をｆ2としたとき、次の２つの演算式のうちの少なくとも一方を満たすように、該集光部材及び該光放散部材を配置したことを特徴とするものである。
１／ａ1＋１／（ｂ1＋ｂ2）＝１／ｆ1
１／ａ2＋１／（ｂ1＋ｂ2）＝１／ｆ2
また、請求項１７の発明は、請求項６、７、８、９、１０、１２、１３、１４、１５又は１６の光学センサにおいて、上記集光部材及び上記光放散部材あるいは上記集光部材又は上記光放散部材における上記照射対象物に対向する側の面が平面であることを特徴とするものである。
また、請求項１８の発明は、少なくとも１つの発光手段と、該発光手段から照射された入射光が照射対象物によって正反射したときの正反射光を受光する第１の受光手段と、該発光手段から照射された入射光が照射対象物上の物体により乱反射したときの乱反射光を受光する第２の受光手段とを備えた光学センサにおいて、上記発光手段及び上記第１の受光手段の少なくとも一方を、光学素子が基板上に表面実装された表面実装光学手段で構成したことを特徴とするものである。
また、請求項１９の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７又は１８の光学センサにおいて、上記発光手段及び上記第１の受光手段を、単一のパッケージに封入したことを特徴とするものである。
また、請求項２０の発明は、請求項１１又は１８の光学センサにおいて、上記発光手段の光学素子と上記第１の受光手段の光学素子とを、互いに同一基板の反対面に実装したことを特徴とするものである。
また、請求項２１の発明は、請求項１１、１８又は１９の光学センサにおいて、上記発光手段及び上記第１の受光手段の両方を上記表面実装光学手段で構成し、該発光手段の光学素子と該第１の受光手段の光学素子とを、互いに同一基板の同一面に表面実装するとともに、これらの光学素子を結ぶ線分上に遮光手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項２２の発明は、請求項２１の光学センサにおいて、上記遮光手段として、上記基板に実装された実装部品を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項２３の発明は、請求項１１、１８又は１９の光学センサにおいて、上記発光手段及び上記第１の受光手段の両方を上記表面実装光学手段で構成し、該発光手段の光学素子と該第１の受光手段の光学素子とを、互いに同一基板の同一面に表面実装するとともに、これらの光学素子を結ぶ線分上の基板面に貫通孔を設けたことことを特徴とするものである。
また、請求項２４の発明は、請求項１１、１８、１９、２０、２１、２２又は２３の光学センサにおいて、上記表面実装光学手段として、実装部品が光路を遮らないように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項２５の発明は、請求項１１、１８、１９、２０、２１、２２、２３又は２４の光学センサにおいて、上記表面実装光学手段は、光路に対向する基板上に表面実装部品が表面実装されたものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項２６の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４又は２５の光学センサにおいて、上記発光手段からの入射光の絞り径を、上記第１の受光手段への正反射光の絞り径よりも大きくしたことを特徴とするものである。
また、請求項２７の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５又は２６の光学センサにおいて、上記第２の受光手段を、上記発光手段からの入射光が上記照射対象物に至るまでの入射光路と、該照射対象物からの正反射光が上記第１の受光手段に至るまでの正反射光路とを含む仮想平面外に配置したことを特徴とするものである。
また、請求項２８の発明は、少なくとも１つの発光手段と、該発光手段から照射された入射光が照射対象物により正反射したときの正反射光を受光する第１の受光手段と、該発光手段から照射された入射光が照射対象物上の物体により乱反射したときの乱反射光を受光する第２の受光手段とを備えた光学センサにおいて、上記第２の受光手段を、上記発光手段からの入射光が上記照射対象物に至るまでの入射光路と、該照射対象物からの正反射光が上記第１の受光手段に至るまでの正反射光路とを含む仮想平面外に配置したことを特徴とするものである。
また、請求項２９の発明は、請求項２７又は２８の光学センサにおいて、上記発光手段を構成する光学素子及び上記第１の受光手段を構成する光学素子の両方を基板の同一面に実装し、上記第２の受光手段を構成する光学素子を、該同一面とは反対側の基板面に実装したことを特徴とするものである。
また、請求項３０の発明は、請求項２７、２８又は２９の光学センサにおいて、上記第２の受光手段を構成する光学素子のリード線を該基板にはんだ付けしたことを特徴とするものである。
また、請求項３１の発明は、請求項２７、２８、２９又は３０の光学センサにおいて、上記第２の受光手段が受光する乱反射光が通る乱反射光路のうち、該第２の受光手段に隣接する領域を囲うケーシングを有し、該乱反射光を反射させる反射面を該ケーシングの内壁に設けたことを特徴とするものである。
また、請求項３２の発明は、請求項３１の光学センサにおいて、上記反射面は、白色面であることを特徴とするものである。
また、請求項３３の発明は、請求項３１の光学センサにおいて、上記反射面は、鏡面であることを特徴とするものである。
また、請求項３４の発明は、請求項２７、２８、２９、３０、３１、３２又は３３の光学センサにおいて、上記第２の受光手段が受光する乱反射光が通る乱反射光路のうち、該第２の受光手段に隣接する領域を囲うケーシングを有し、該ケーシングへの乱反射光の入口開口に光透過部材を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項３５の発明は、請求項３４の光学センサにおいて、上記光透過部材として、フレンネルレンズを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項３６の発明は、光を正反射させる表面を有する像担持体と、該像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、該トナー像形成手段により該像担持体上にトナーを付着させたときの該トナーの付着量を検出するための光学センサと、該光学センサの検出結果に基づいて画像濃度制御を行う画像濃度制御手段とを備えた画像形成装置において、上記光学センサとして、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４又は３５の光学センサを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項３７の発明は、請求項３６の画像形成装置において、上記トナー像を構成するトナーとして、重量平均粒径が８μｍ以下のものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項３８の発明は、請求項３６又は３７の画像形成装置において、上記トナー像を構成するトナーとして、平均円形度が０．９３以上のものを用いたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項１乃至３５の光学センサ及び請求項３６乃至３８の画像形成装置に設けられるトナー付着量を検出するための光学センサは、入射光が照射対象物により正反射したときの正反射光を受光し、かつ、入射光が照射対象物により乱反射したときの乱反射光を受光する。この光学センサは、正反射光と乱反射光の少なくとも一方の検出結果から、例えば、光を吸収したり、光を乱反射させたりする物体が照射対象物上に付着したときの付着量の検出や、そのような物体の付着位置の検出などに利用することができる。
そして、請求項１の光学センサは、発光手段からの入射光が照射対象物に至る直前における入射光路の中心線と、その照射対象物での反射直後における正反射光路の中心線とのなす角が２５°以下となるように構成されている。好ましくは、請求項２の光学センサのように、この角度が２５°以下とする。この角度が２５°以下であれば、第１の受光手段により受光される正反射光に寄与しない照射対象物部分の面積を、照射対象物上に付着する物体が実際に占有している照射対象物の面積に十分に近づけることができる。すなわち、シャドーファクターを小さくすることができる。よって、その物体の付着量が多くても、これを十分な感度で検出することができるようになり、その付着量を感度よく検出できる範囲が広がる。
なお、上記角度を狭くする方法としては、通常、光学センサの発光手段を構成する発光素子と第１の受光手段を構成する受光素子とを互いに近接させる方法が採られる。しかし、各素子が互いに接触するまでしか近接させることができないため、近接させるにも限界がある。また、通常、発光素子と第１の受光手段との間には、発光手段からの光が直接第１の受光手段に受光されないように遮光部材を設ける必要もあるため、この理由からも、発光素子と第１の受光手段とを近接させることは困難である。また、各素子を互いに近接させた状態で照射対象物から離せば、上記角度を更に狭くすることは可能である。しかし、各素子を照射対象物から離すほど、光量が不足し、結果的に光学センサの感度を落とす結果となる。このような理由から、従来の光学センサでは、上記角度を２５°以下とすることは困難であった。
【００１１】
また、請求項１２の光学センサは、照射対象物に対する入射光の入射光路、その照射対象物からの正反射光の正反射光路及びその照射対象物からの乱反射光の乱反射光路のうちの少なくとも１つの光路に、集光部材が設けられている。上述のように、発光手段や第１の受光手段を照射対象物から離すほど、光学センサの感度を落とす結果となる。これは、第２の受光手段についても同様である。しかし、本光学センサでは、集光部材の光軸を光路の中心線に一致するように集光部材を設ければ、入射光を照射対象物の照射目標位置に集光させたり、正反射光や乱反射光を受光手段の受光位置に集光させたりすることができる。したがって、発光手段や受光手段を照射対象物から離しても、光量の低下を抑制することができる。したがって、照射対象物に至る直前における入射光路の中心線と、照射対象物での反射直後における正反射光路の中心線とのなす角を、感度を落とさずに狭くすることができる。
また、本光学センサでは、集光部材の光軸を光路の中心線からズラしたり、傾けたりすれば、光を屈折させて光の進行方向を変更することができる。よって、発光手段と第１の受光手段との間の距離が広くて、発光手段から入射光が照射された直後の入射光路の中心線と、第１の受光手段で正反射光を受光する直前の正反射光路の中心線とのなす角が広い場合でも、照射対象物に至る直前における入射光路の中心線と、照射対象物での反射直後における正反射光路の中心線とのなす角については狭くすることが可能となる。この場合、発光手段や第１の受光手段を照射対象物から離す必要がないので、光学センサの感度を落とすことはない。
【００１２】
また、請求項１８の光学センサは、発光手段及び第１の受光手段の少なくとも一方を、光学素子が基板上に表面実装された表面実装光学手段で構成している。このような表面実装光学手段は、発光素子又は受光素子となる光学素子の間隔を狭くすることが可能であり、照射対象物に至る直前における入射光路の中心線と、照射対象物での反射直後における正反射光路の中心線とのなす角を、十分に狭くすることが可能となる。しかも、近年、このような表面実装される光学素子は、携帯電話機等の小型製品にも使用されるほど小型化が進んでおり、現状でも寸法が３ｍｍ以下という非常に小さな光学素子が実現されつつある。よって、表面実装される光学素子の間隔は、今後も、より狭くすることが可能で、上記なす角を十分に狭くすることが可能である。
【００１３】
また、請求項２７の光学センサは、乱反射光を受光するための第２の受光手段を、入射光路と正反射光路とを含む仮想平面外に配置している。これにより、発光手段及び第１の受光手段の配置に関わらず、第２の受光手段で受光する乱反射光の受光量を多くすることができる。
具体的に説明すると、正反射光及び乱反射光を検出する従来の光学センサでは、図１９に示すように、発光手段を構成する発光素子３１、第１の受光手段を構成する第１受光素子３２及び第２の受光手段を構成する第２受光素子３３がすべて同一の仮想平面内に配置される構造となっていた。すなわち、第２の受光手段は、入射光路Ｌ1と正反射光路Ｌ2とを含む仮想平面内に配置されていた。このような配置構造において、第２受光素子３３の配置位置としては、発光素子３１と第１受光素子３２との間（図中符号Ａで示す領域）、発光素子３１との間で第１受光素子３２を挟み込む位置（図中符号Ｂで示す領域）、第１受光素子３２との間で発光素子３１を挟み込む位置（図中符号Ｃで示す領域）の３つがある。しかし、第２受光素子３３を領域Ａに配置すると、発光素子３１と第１受光素子３２との間隔を広げなければならず、上述したようにシャドーファクターが大きくなり、正反射光検出の感度を低下させてしまう。よって、第２受光素子３３は領域Ｂ又は領域Ｃに配置するのが好ましい。なお、第２受光素子３３を領域Ｂに配置すると、照射対象物５で正反射した正反射光の一部が第２受光素子３３で受光されてしまい、正確な乱反射光の検出が困難となるため、図示のように、領域Ｃに第２受光素子３３を配置するのが好ましい。
ところが、第２受光素子３３を領域Ｂ又は領域Ｃに配置した場合には次の新たな問題が生じる。すなわち、照射対象物５で乱反射した乱反射光を第２受光素子３３で受光するときの受光効率は、照射対象物５の照射目標（反射点）Ｏで乱反射光が均等に放射すると仮定して、下記の数１に示す演算式により概算することができる。この演算式中、符号Ｄは、第２受光素子３３の受光面の有効径である。また、符号ｒは、照射対象物５の反射点Ｏから第２受光素子３３の受光面までの距離である。また、符号θ2は、照射対象物５の反射点Ｏにおける表面法線方向と、第２受光素子３３が受光する乱反射光の乱反射光路Ｌ3の中心線とのなす角である。
（数１）
（受光効率）＝｛（πＤ2／４）／（２πｒ2）｝・ｃｏｓθ2
この数１に示す演算式から、乱反射光の受光効率は、上記距離ｒが長くなるにつれて下がり、また、上記角度θ2が広がるにつれて下がることになる。したがって、乱反射光の受光効率を高めるには、上記距離ｒを短くするか又は上記角度θ2を狭くする必要がある。しかし、受光素子３３を照射対象物５の反射点Ｏに近づける場合、受光素子３３が入射光路及び正反射光路を遮らないように考慮する必要があるため、受光素子３３を照射対象物５の反射点Ｏに近づけるにつれて上記角度θを広げる結果となる。また、受光素子３３と照射対象物５の表面との間には一般にある程度の距離を確保する必要もある。そのため、上記距離ｒを短くするにも限界がある。一方で、上記角度θ2を狭くしようとすると、従来は、第２受光素子３３を入射光路Ｌ1と正反射光路Ｌ2とを含む仮想平面内に配置していたため、発光素子３１又は受光素子３２に邪魔されてしまう。そのため、上記角度θ2を狭くするにも限界がある。これに対し、請求項２７の光学センサでは、第２受光素子３３（第２の受光手段）が入射光路と正反射光路とを含む仮想平面外に配置されるため、受光素子３３を照射対象物５の反射点Ｏに近づけても、受光素子３３が入射光路及び正反射光路を遮らないように考慮する必要がなくなり、上記角度θを広げる結果とはならない。よって、上記距離ｒを短くすることが可能となる。更に、本光学センサでは、上記角度θ2を狭くする場合でも、発光素子３１（発光手段）又は受光素子３２（第１の受光手段）が邪魔になるということはない。よって、上記角度θ2を狭くすることも可能となる。したがって、本光学センサによれば、従来よりも乱反射光の受光効率を高めることが可能となり、第２の受光手段で受光する乱反射光の受光量を多くすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１乃至３８の発明によれば、光を正反射させる照射対象物上に存在する光を正反射させない物体の付着量を感度よく検出できる範囲を従来に比べて広げることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に係るプリンタの各作像ユニットに設けられたＰセンサの概略構成を示す断面図。
【図２】同プリンタの概略構成を示す断面図。
【図３】同プリンタに設けられたマゼンタ用の作像ユニットの詳細を示す拡大図。
【図４】Ｐセンサの他の配置例を説明するためのプリンタの概略構成を示す断面図。
【図５】変形例１におけるＰセンサの概略構成を示す断面図。
【図６】同Ｐセンサの他の構成例を示す断面図。
【図７】変形例２におけるＰセンサの概略構成を示す断面図。
【図８】変形例３におけるＰセンサの概略構成を示す断面図。
【図９】変形例４におけるＰセンサの概略構成を示す断面図。
【図１０】変形例５におけるＰセンサを示す概略構成図。
【図１１】変形例６におけるＰセンサの概略構成を示す断面図。
【図１２】（ａ）は、変形例７におけるＰセンサを、入射光路と正反射光路とを含む第１仮想平面に沿って切断したときの概略構成を示す断面図。  （ｂ）は、同センサを、反射点Ｏにおける感光体ドラム表面の法線を含み、かつ、第１仮想平面に対して直交する第２仮想平面に沿って切断したときの概略構成を示す断面図。
【図１３】反射点Ｏにおける感光体ドラム表面法線方向から見た、発光素子、第１受光素子及び第２受光素子の配置を示す模式図。
【図１４】変形例８におけるＰセンサを、反射点Ｏにおける感光体ドラム表面の法線を含み、かつ、第１仮想平面に対して直交する第２仮想平面に沿って切断したときの概略構成を示す断面図。
【図１５】変形例９におけるＰセンサを、反射点Ｏにおける感光体ドラム表面の法線を含み、かつ、第１仮想平面に対して直交する第２仮想平面に沿って切断したときの概略構成を示す断面図。
【図１６】（ａ）及び（ｂ）は、感光体ドラムの表面にトナーが付着している様子を示す模式図。
【図１７】感光体ドラム表面に付着した黒トナーの付着量と、正反射光を検出するＰセンサの出力電圧との関係を示すグラフ。
【図１８】感光体ドラム表面に付着したカラートナーの付着量と、正反射光を検出するＰセンサの出力電圧との関係を示すグラフ。
【図１９】従来の光学センサにおける発光素子、正反射光を受光する第１受光素子及び乱反射光を受光する第２受光素子の配置を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を、電子写真方式のカラーレーザプリンタ（以下、単に「プリンタ」という。）に適用した実施形態について説明する。
図２は、本実施形態に係るプリンタの概略構成を示す断面図である。このプリンタ１は、装置本体の下部に給紙部２が設けられ、その上方に作像部３を配置した構成となっている。装置上面には排紙トレイ６０が形成されている。図中破線は、記録材としての記録紙の搬送経路を示している。記録紙は、給紙部２から給紙され、作像部３にて形成した画像が表面に転写された後、定着装置５０で定着され、排紙トレイ６０に排紙される。なお、図中符号ｈで示すように、装置側面からは手差し給紙が可能となっている。また、装置本体の側面には両面装置９０が装着されている。記録紙の両面に画像を形成する場合、片方の面に画像を形成して定着した後、その記録紙を図中破線ｒで示すように搬送し、両面装置９０を介して記録紙の表裏を反転させた後、再搬送部４０を経て再給紙され、他方の面に画像が形成される。
【００１７】
上記作像部３には、給紙側を下に、排紙側を上となるように傾斜して配置された転写搬送ベルト装置２０が配設されている。この転写搬送ベルト装置２０の上部走行面に沿って、下から順にイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｂｋ）用の４つの作像ユニット４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋが並んで配置されている。各作像ユニット４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋの構成は同じであるので、以下、マゼンタ用の作像ユニット４Ｍを例に挙げて説明する。
【００１８】
図３は、マゼンタ用の作像ユニット４Ｍの詳細を示す拡大図である。作像ユニット４Ｍは、像担持体としての感光体ドラム５Ｍを備えており、感光体ドラム５Ｍは図示していない駆動手段によって図中時計方向へ回転駆動される。感光体ドラム５Ｍの周りには、帯電ロール６Ｍ、現像装置１０Ｍ、クリーニング装置９Ｍ、トナー付着量検出センサ（以下、「Ｐセンサ」という。）３０Ｍ等が設けられている。現像装置１０Ｍは、現像剤担持体としての現像スリーブ１１Ｍに担持したトナーを感光体ドラム５Ｍに付与する。潜像形成手段としての光書込装置８からのレーザ光は、図２に示すように、帯電ロール６Ｍと現像スリーブ１１Ｍとの間から感光体ドラム５Ｍに照射される。なお、Ｐセンサ３０Ｍの構成及び動作の詳細については、後述する。
【００１９】
転写搬送ベルト装置２０には、無端ベルト状の転写搬送ベルト２１が設けられている。この転写搬送ベルト２１は、駆動ローラ２２、従動ローラ２３及びテンションローラ２４，２５に張架されている。転写搬送ベルト２１の上部走行面の内側には、各色作像ユニット４Ｍ，４Ｃ，４Ｙ，４Ｂｋの感光体ドラム５Ｍ，５Ｃ，５Ｙ，５Ｂｋにそれぞれ対向する位置に、転写手段を構成する転写ブラシ２８が接触している。この転写ブラシ２８には、トナーの帯電極性（本実施形態ではマイナス極性）とは逆極性（プラス極性）の転写バイアスが印加される。また、従動ローラ２３の上部には、転写搬送ベルト２１を挟んで紙吸着ローラ２７が設けられている。記録紙は、従動ローラ２３と吸着ローラ２７の間から転写搬送ベルト２１上に送り出され、吸着ローラ２７に印加されたバイアス電圧によって静電的に転写搬送ベルト２１上に吸着された状態で搬送される。本実施形態では、プロセス線速が１２５ｍｍ／ｓｅｃに設定されており、この速度で記録紙が搬送される。
【００２０】
定着装置５０は、本実施形態ではベルト定着方式を採用しており、定着ローラ５２と加熱ローラ５３とに定着ベルト５４が巻き掛けられた構成となっている。定着ローラ５２と加圧ローラ５１は、互いに圧接しており、定着ニップを形成している。加熱ローラ５３及び加圧ローラ５１には図示しないヒータが内蔵されている。
【００２１】
次に、本プリンタ１におけるプリント動作について説明する。なお、以下の説明では、色分け符号Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋについては、適宜省略する。
各色の作像ユニット４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋにおいて、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋは、図示しないメインモータにより回転駆動される。そして、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの表面は、まず、帯電ロール６に印加されたＡＣバイアス（ＤＣ成分はゼロ）により除電され、その表面電位が本実施形態では約−５０Ｖとなる。次に、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋは、ＡＣ電圧とＤＣ電圧とが重畳した電圧を帯電ロール６に印加することにより、そのＤＣ成分にほぼ等しい電位に均一に帯電され、その表面電位が本実施形態では約−５００Ｖ〜−７００Ｖに帯電される。なお、目標帯電電位は図示しないプロセス制御部により決定される。
【００２２】
このように帯電された各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの表面には、光書込装置８により各色に対応した静電潜像がそれぞれ形成される。光書込装置８は、パソコン等のホストマシンより送られた画像データに基づき、図示しないＬＤ（レーザダイオード）を駆動して、レーザ光をポリゴンミラー７に照射する。このレーザ光は、シリンダーレンズ等を介して、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの表面上に導かれる。レーザ光が照射された部分の感光体表面電位は、約−５０Ｖとなり、この部分がトナーで現像すべき静電潜像となる。
【００２３】
この静電潜像に現像装置１０からトナーが付与されると、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの表面には、それぞれの色のトナー像が形成される。本実施形態では、現像スリーブ１１に、ＤＣ電圧とＡＣ電圧とが重畳した現像バイアス（−３００Ｖ〜−５００Ｖ）が印加される。よって、現像スリーブ１１に担持されたマイナス極性のトナーは、現像電界により、光書き込みにより電位が低下した感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの表面部分（静電潜像部分）にのみ付着し、光書き込みされずに電位が低下していない感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの表面部分（非静電潜像部分）には付着しない。これにより、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの静電潜像部分に、各色トナー像がそれぞれ形成される。
【００２４】
一方、給紙部２からは記録紙が給紙され、給紙された記録紙は転写搬送ベルト装置２０の搬送方向上流側に設けられたレジストローラ対４１に一旦突き当たる。そして、記録紙は、各色トナー像の転写タイミングに同期するようにして、転写搬送ベルト２１上により搬送され、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋに対向する転写位置に至る。この転写位置には、転写搬送ベルト２１の裏面側に配置された転写ブラシ２８に印加される転写バイアスの作用により転写電界が形成される。この転写電界により、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋ上の各色トナー像は、記録材上に互いに重ね合わさるように順次転写される。
なお、モノクロ画像をプリントする場合は、黒用の作像ユニット４Ｂｋの感光体ドラム５Ｂｋにのみ黒トナーによるトナー像を形成し、このトナー像の転写タイミングに同期するようにして転写搬送ベルト２１により記録紙を搬送して、黒トナー像のみ転写を行う。
【００２５】
このようにして、各色トナー像が転写された記録紙は、駆動ローラ２２の位置で転写搬送ベルト２１から曲率分離され定着装置５０に送られる。そして、定着装置５０の定着ニップを通過する際、熱と圧力により、各色トナー像が記録紙上に定着される。定着を終えた記録紙は、装置本体の上面に設けられた排紙トレイ６０に排紙されるか、図２中符号：ｒで示すように両面装置９０へ受け渡される。
【００２６】
以下、本発明の特徴部分である、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋの表面上のトナー付着量の検出について説明する。
本実施形態のプリンタ１においては、電源投入時あるいは所定枚数のプリントを行う度に、各色の画像濃度を適正化するためのプロセスコントロール動作（以下、「プロコン動作」という。）を実行する。このプロコン動作では、濃度検知用パッチ（以下、「基準パターン」という。）を、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋ上にそれぞれ形成する。各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋ上にそれぞれ形成される基準パターンは、帯電バイアス及び現像バイアスを順次切り替えることにより、連続階調の基準パターンとする。すなわち、本実施形態では、トナー付着量が階調的に変化するライン状の基準パターンを、感光体ドラムの表面移動方向に沿って作成する。そして、この基準パターンを、図２に示すように、各作像ユニット４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋに設けられたＰセンサ３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｂｋで検出する。
【００２７】
なお、本実施形態では、感光体ドラム上の基準パターンを検出する場合であるが、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋ上に形成した基準パターンを、転写搬送ベルト２１上に転写した後に検出する構成としてもよい。この場合、Ｐセンサ３０は、転写搬送ベルト２１に対向するように配置する。具体的には、例えば、図４に示すように、転写搬送ベルト装置２０のテンションローラ２４に対向する位置に配置する。記録紙を搬送する転写搬送ベルト２１の部分には作像ユニット４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋが対向しているためＰセンサ３０を配置するスペース的に余裕が少ないが、図４に示すように記録紙を搬送しない転写搬送ベルト２１の部分にはスペース的に余裕があり、Ｐセンサの配置よるスペース増大あるいは機器配置の複雑化を防ぐことができる。なお、転写搬送ベルト２１上に転写した後に基準パターンを検出する構成とする場合には、各色の基準パターンが互いに重ならないように転写搬送ベルト２１上に転写する。
【００２８】
なお、Ｐセンサ３０を、転写搬送ベルト２１の位置ズレ検知手段として兼用することが可能である。すなわち、転写搬送ベルト２１に所定のマークを設け、これをＰセンサ３０で検出することにより、転写搬送ベルト２１の主走査方向のズレを検知することができる。
【００２９】
次に、本実施形態におけるＰセンサ３０の構成について説明する。
各作像ユニット４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋに設けられたＰセンサの構成は同じであるので、以下、マゼンタ用の作像ユニット４Ｍに設けられたＰセンサ３０Ｍを例に挙げて説明する。なお、以下の説明では、色分け符号Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋについては、適宜省略する。
【００３０】
図１は、本実施形態におけるＰセンサ３０の概略構成を示す断面図である。本実施形態におけるＰセンサ３０は、主に、発光手段としての発光素子３１と、正反射光を受光するための第１の受光手段としての第１受光素子３２と、乱反射光を受光するための第２の受光手段としての第２受光素子３３とからなる構成されている。各素子３１，３２，３３は、プリント基板３４上に実装されており、単一のパッケージ３５に封入されている。パッケージ３５には、発光素子３１から照射される入射光が感光体ドラム５の表面に至るまでの入射光路を確保するための通路、及び、感光体ドラム５の表面で正反射した正反射光が第１受光素子３２に至るまでの正反射光路を確保するための通路がそれぞれ形成されている。本実施形態では、発光素子３１として、ピーク発光波長が９５０ｎｍのＧａＡｓ発光ダイオードを用い、第１受光素子３２及び第２受光素子３３として、ピーク分光感度波長が８００ｎｍのＳｉフォトトランジスタを用いている。なお、第１受光素子３２及び第２受光素子３３としては、Ｓｉフォトトランジスタのほか、ＰＤ（フォトダイオード）などの他の受光素子を用いることもできる。
【００３１】
本実施形態では、各感光体ドラム５上に連続階調の基準パターンを作成し、トナー濃度が階調的に変化する基準パターンのトナー付着量をＰセンサ３０で連続的に検出する。Ｐセンサ３０における第１受光素子３２及び第２受光素子３３の出力は、図示しない制御部に送られる。この制御部では、これらの出力から得られる正反射光量及び乱反射光量に基づき、基準パターンのトナー付着量を連続的に把握し、この把握したトナー付着量と予め決められた目標付着量とを比較する。そして、この比較結果に基づいて、制御部は、画像濃度制御手段として機能し、光書込装置８のレーザ光の強度、帯電ロール６へ印加する帯電バイアス、現像スリーブ１１に印加する現像バイアス、現像器内へのトナー補給量などを適宜変更し、画像濃度が所望の濃度になるように調節する。
【００３２】
ところで、本実施形態では、重量平均粒径が８μｍ以下という小粒径のトナーを使用している。そのため、上述したように、トナー付着量が多い領域についてＰセンサによる検出を行う必要があるため、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度を狭くして、トナー付着量の多い領域でも十分な感度で検出できるようにする必要がある。
なお、トナーの重量平均粒径は、種々の方法によって測定でき、例えばコールターカウンターを使用して測定することができる。このコールターカウンターとしては、例えばコールターカウンターII型（コールター社製）を利用することができる。そして、このようなコールターカウンターにより得られた測定結果に基づいて、例えば個数分布、体積分布といった特性について解析することにより、トナーの重量平均粒径を求めることができる。コールターカウンターによる測定で使用する電解液としては、１級塩化ナトリウムを使用して調節した１［％］塩化ナトリウム水溶液を用いることができる。
【００３３】
また、本実施形態で使用するトナーは、いわゆる重合法によって形成されたトナーであり、その形状は真球に近く、その平均円形度は０．９３以上である。そのため、上述したように、シャドーファクターが大きくなり、感光体ドラム表面上のトナー付着量が多い領域に対しては、正反射光を検出するＰセンサの感度が低下するため、トナー付着量の多い領域でも十分な感度で検出できるようにする必要がある。
なお、トナーの平均円形度は、各トナーの円形度の平均値であり、次の方法により測定したものである。各トナーの円形度の測定は、株式会社ＳＹＳＭＥＸ製フロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２１００を用いて行った。この測定では、まず、１級塩化ナトリウムを用いて、１［％］のＮａＣｌ水溶液を調整する。その後、このＮａＣｌ水溶液を０．４５のフィルターを通して５０〜１００［ｍｌ］の液を得て、これに分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩を０．１〜５［ｍｌ］加え、更に試料を１〜１０［ｍｇ］加える。これを、超音波分散機で分散処理を１分間行い、粒子濃度を５０００〜１５０００［個／μｌ］に調整し、分散液を得る。この分散液をＣＣＤカメラで撮像し、トナーの２次元投影画像の面積と同じ面積をもつ円の円周長を、そのトナーの２次元投影画像の周囲長で割った値を、各トナーの円形度として用いた。なお、ＣＣＤの画素の精度から、トナーの２次元投影画像の面積と同じ面積をもつ円の直径（円相当径）が０．６［μｍ］以上であるトナーを有効なものとした。トナーの平均円形度は、各トナーの円形度を得た後、測定範囲内にある全トナーの円形度をすべて足し合わせ、それをトナー個数で割った値を用いたものである。
【００３４】
そこで、本実施形態では、図１に示すように、感光体ドラム表面の法線方向における相対位置が互いにズレるように、発光素子３１及び第１受光素子３２を配置している。このように配置することで、発光素子３１と第１受光素子３２とを近接させても、互いが接触することがない。そして、図示のように、発光素子３１から照射される入射光の感光体ドラム５の表面に対する入射光路の中心線と感光体ドラム表面の法線方向Ｚとのなす角を入射角θ0とし、感光体ドラム表面で正反射した正反射光の正反射光路の中心線と感光体ドラム表面の法線方向Ｚとのなす角を正反射角θ1としたとき、本実施形態では、その入射角θ0と正反射角θ1とを加算した角度が、従来のＰセンサでは困難であった２５°以下、好ましくは２０°以下となるように設定することができる。
【００３５】
〔変形例１〕
次に、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定するための変形例（以下、本変形例を「変形例１」という。）について説明する。
図１に示した構成であっても、発光素子３１が正反射光路を遮るように配置することはできないので、発光素子３１と第１受光素子３２とを近接させるにも限界がある。そこで、本変形例１では、発光素子３１と第１受光素子３２との間を互いに近接させずに、入射光路及び正反射光路のうちの少なくとも一方の光路に、光の進行方向を変更する進行方向変更手段を設けた構成を採用し、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定する。
【００３６】
図５は、本変形例１におけるＰセンサ１３０の概略構成を示す断面図である。
本変形例１のＰセンサ１３０の発光素子３１、第１受光素子３２及び第３受光素子３３は、図１に示したＰセンサ３０と同様である。しかし、本変形例１のＰセンサ１３０では、感光体ドラム表面法線方向における相対位置との発光素子３１及び第１受光素子３２がズレていない。そのため、このままでは、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することができない。そこで、本変形例１では、入射光路及び正反射光路の途中に、進行方向変更手段としての光反射部材である反射ミラー１３６ａ，１３６ｂがそれぞれ設けている。
【００３７】
このような構成により、発光素子３１から照射された入射光は、反射ミラー１３６ａに反射することでその進行方向が変更される。したがって、入射光は、反射ミラー１３６ａに至るまでの入射光路部分の中心線と感光体ドラム表面の法線方向Ｚとのなす角を任意に設定しても、感光体ドラム表面に到達する直前の入射光路部分の中心線と法線方向Ｚとのなす角を狭く設定することができる。また、感光体ドラム表面で正反射した正反射光も、反射ミラー１３６ｂに反射することでその進行方向が変更される。したがって、入射光の場合と同様、反射ミラー１３６ｂから第１受光素子３２に至るまでの正反射光路部分の中心線と感光体ドラム表面の法線方向Ｚとのなす角を任意に設定しても、感光体ドラム表面で正反射した直後の正反射光路部分の中心線と法線方向Ｚとのなす角を狭く設定することができる。したがって、本変形例１における構成によれば、発光素子３１及び第１受光素子３２の配置を任意に決定しても、反射ミラー１３６ａ，１３６ｂの位置及び姿勢を適宜設定すれば、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することができる。
【００３８】
なお、本変形例１では、反射ミラー１３６ａ，１３６ｂにより、光を反射させて光の進行方向を変更する場合について説明したが、図６に示すように、光ファイバー等の光案内手段を光進行方向変更手段として用い、光の進行方向を変更するようにしてもよい。この場合、光案内手段の内部壁が光反射部材として機能する。また、回析格子等を光進行方向変更手段として用い、光の進行方向を変更するようにしてもよい。
【００３９】
〔変形例２〕
次に、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定するための他の変形例（以下、本変形例を「変形例２」という。）について説明する。
本変形例２は、上記変形例１と同様、発光素子３１と第１受光素子３２との間を互いに近接させずに、入射光路及び正反射光路のうちの少なくとも一方の光路に、光の進行方向を変更する進行方向変更手段を設けた構成を採用し、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定する。
【００４０】
図７は、本変形例２におけるＰセンサ２３０の概略構成を示す断面図である。
本変形例２のＰセンサ２３０の基本構成は、上記変形例１と同様である。しかし、本変形例２のＰセンサ２３０は、入射光路及び正反射光路の途中に、反射ミラー１３６ａ，１３６ｂの代わりに、進行方向変更手段としての光屈折部材である屈折レンズ２３６ａ，２３６ｂがそれぞれ設けている。
このような構成により、発光素子３１から照射された入射光は、屈折レンズ２３６ａを透過することで屈折され、その進行方向が変更される。したがって、入射光は、屈折レンズ２３６ａに至るまでの入射光路部分の中心線と感光体ドラム表面の法線方向Ｚとのなす角を任意に設定しても、感光体ドラム表面に到達する直前の入射光路部分の中心線と法線方向Ｚとのなす角を狭く設定することができる。また、感光体ドラム表面で正反射した正反射光も、屈折レンズ２３６ｂを透過することで屈折され、その進行方向が変更される。したがって、入射光の場合と同様、屈折レンズ２３６ｂから第１受光素子３２に至るまでの正反射光路部分の中心線と感光体ドラム表面の法線方向Ｚとのなす角を任意に設定しても、感光体ドラム表面で正反射した直後の正反射光路部分の中心線と法線方向Ｚとのなす角を狭く設定することができる。したがって、本変形例２における構成によれば、上記変形例１と同様に、発光素子３１及び第１受光素子３２の配置を任意に決定しても、屈折レンズ２３６ａ，２３６ｂの位置及び姿勢を適宜設定すれば、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することができる。
【００４１】
なお、上記屈折レンズ２３６ａ，２３６ｂを配置した位置に、入射光路及び正反射光路のの中心線に対して光軸がズレるように、集光部材としての凸レンズや凹ミラー又は光放散部材としての凹ミラーや凸レンズを配置すれば、同様に光の進行方向を変更できるので、同様の効果を得ることができる。
また、上記屈折レンズ２３６ａ，２３６ｂを配置した位置に、入射光路及び正反射光路のの中心線に対して光軸が傾斜するように、集光部材としての凸レンズや凹ミラー又は光放散部材としての凹ミラーや凸レンズを配置しても、同様に光の進行方向を変更できるので、同様である。
【００４２】
〔変形例３〕
次に、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定するための更に他の変形例（以下、本変形例を「変形例３」という。）について説明する。
発光素子３１及び第１受光素子３２を感光体ドラム５の表面から離せば、図１に示したように感光体ドラム表面の法線方向における相対位置が互いにズレるように配置しなくても、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することは可能である。しかし、この場合、第１受光素子３２で受光される光量が不足してしまうため、感度を落ちてしまう。そこで、本変形例３では、発光素子３１及び第１受光素子３２を感光体ドラム５の表面から離しても感度が落ちないよう、入射光路及び正反射光路のうちの少なくとも一方の光路に、その光路の中心線に対して光軸が一致するように集光部材を配置し、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定する。
【００４３】
図８は、本変形例３におけるＰセンサ３３０の概略構成を示す断面図である。
本変形例３のＰセンサ３３０の発光素子３１、第１受光素子３２及び第３受光素子３３は、図１に示したＰセンサ３０と同様である。しかし、本変形例３のＰセンサ３３０では、感光体ドラム表面法線方向における相対位置との発光素子３１及び第１受光素子３２がズレておらず、発光素子３１及び第１受光素子３２と感光体ドラム表面との距離が長い。そのため、このままでは、第１受光素子３２の受光量が不足し、感度が落ちてしまう。そこで、本変形例３では、入射光路の途中に、集光部材としての片面凸レンズ３３６ａを設け、正反射光路の途中に光放散部材としての片面凹レンズ３３６ｂがそれぞれ設けている。
【００４４】
本変形例３では、片面凸レンズ３３６ａ及び片面凹レンズ３３６ｂの平面側を感光体ドラム表面に対向するように、各レンズ３３６ａ，３３６ｂを配置している。これにより、各レンズ３３６ａ，３３６ｂが飛散トナーによって汚れても、そのクリーニングが容易となる。なお、ここでいう平面は、厳格なものではなく、クリーニングが容易となる程度に十分大きな曲率を有する面も含まれる。
また、本変形例３では、発光素子３１から片面凸レンズ３３６ａまでの距離をａ1とし、その片面凸レンズ３３６ａから感光体ドラム表面までの距離をｂ1とし、その片面凸レンズ３３６ａの焦点距離をｆ1とし、かつ、片面凹レンズ３３６ｂから第１受光素子３２までの距離をａ2とし、感光体ドラム表面から片面凹レンズ３３６ｂまでの距離をｂ2とし、片面凹レンズ３３６ｂの焦点距離をｆ2としたとき、下記の数２に示す２つの演算式を満たすように、片面凸レンズ３３６ａ及び片面凹レンズ３３６ｂが配置されている。これにより、発光素子３１からの入射光の正反射光を片面凹レンズ３３６ｂに集光させることができる。そして、その集光した正反射光は、片面凹レンズ３３６ｂにより第１受光素子３２に向かうように集光することができる。よって、第１受光素子３２に対する正反射光の伝達効率をより高めることができる。また、片面凸レンズ３３６ａや片面凹レンズ３３６ｂの取付角度等のバラツキに対する余裕度も広がるという効果も得られる。なお、これらの効果は、下記の数２に示す２つの演算式のうちのいずれか一方を満たせば、得ることが可能である。
（数２）
１／ａ1  ＋  １／（ｂ1＋ｂ2）  ＝  １／ｆ1
１／ａ2  ＋  １／（ｂ1＋ｂ2）  ＝  １／ｆ2
【００４５】
〔変形例４〕
次に、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定するための更に他の変形例（以下、本変形例を「変形例４」という。）について説明する。
図９は、本変形例４におけるＰセンサ４３０の概略構成を示す断面図である。
本変形例４のＰセンサ４３０の光学素子である発光素子４３１、第１受光素子４３２及び第３受光素子４３３は、表面実装用部品（ＳＭＤ：Surface Mount Device）で構成されており、プリント基板３４上に表面実装されている。各素子４３１，４３２，４３３の素子面はプリント基板３４の面に対して法線方向に向いている。なお、各素子４３１，４３２，４３３は、その外形をＳＭＤとしただけで、中身は図１に示したＰセンサ３０と同様である。このように発光素子４３１と第１受光素子４３２をＳＭＤで構成することで、素子自体を小型化できるなどの効果が得られ、素子間の間隔を狭くすることができる。すなわち、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することができる。
【００４６】
また、本変形例４のように各素子をＳＭＤ構成とした場合でも、発光素子４３１と第１受光素子４３２が互いに接触するまでしか近接させることができないため、これらを近接させるにも限界がある。そこで、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度をより小さくすべく、本変形例４では、入射光路と正反射光路上に、進路変更手段としての光屈折部材である共通レンズ４３６を設けている。この共通レンズ４３６は、入射光路及び正反射光路の中心線に対して、その光軸がズレるように配置されているため、各光路を通る光の進行方向を変更できる。よって、本変形例４における構成では、発光素子４３１及び第１受光素子４３２を無理に近づけなくても、共通レンズ４３６の位置及び姿勢等を適宜設定すれば、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度をより狭く設定することができる。
【００４７】
なお、本変形例４では、乱反射を受光するための第２受光素子４３３も表面実装されており、感光体ドラム表面から離れた位置に配置されている。そのため、第２受光素子４３３で受光される乱反射光量が不足するおそれがある。よって、本変形例４では、第２受光素子４３３で受光される乱反射光の乱反射光路上に、その光路の中心線に対して光軸をズラして配置した凸レンズ４３７を設けている。これにより、入射光がトナーにより乱反射したときの乱反射光を、凸レンズ４３７により第２受光素子４３３に向けて集光させることができる。したがって、第２受光素子４３３で受光される乱反射光量を十分に確保でき、適正な画像濃度制御が可能となる。なお、本変形例４では、乱反射光路の始点すなわち感光体ドラム表面から凸レンズ４３７までの距離をａとし、凸レンズ４３７から乱反射光路の終点すなわち第２受光素子３３までの距離をｂとし、凸レンズ４３７の焦点距離をｆとしたとき、下記の数３に示す演算式を満たすように、凸レンズ４３７が配置されている。これにより、感光体ドラム表面から第２受光素子３３に対する乱反射光の伝達効率を高めることができる。
（数３）
１／ａ  ＋  １／ｂ  ＝  １／ｆ
【００４８】
また、本変形例４では、発光素子４３１及び第１受光素子４３２を互いに同一のプリント基板３４の同一面に表面実装しているため、これらの光学素子を結ぶ線分上に遮蔽物がないと、発光素子４３１から照射される入射光が、直接、第１受光素子４３２に受光されてしまい、正確な検出ができなくなる。そこで、本変形例４では、発光素子４３１と第１受光素子４３２とを結ぶ線分上に、遮光手段としての遮光壁４３５ａが設けられている。なお、遮光壁４３５ａに代えて、プリント基板３４上に実装されたコンデンサやコイル等の実装部品を用いることもできる。また、このような遮光手段を設ける代わりに、発光素子４３１と第１受光素子４３２とを結ぶ線分上に存在するプリント基板面に貫通孔を設ける構成としても、発光素子４３１から照射される入射光が直接第１受光素子４３２に受光されるのを抑制できる。すなわち、このように構成すれば、発光素子４３１からの入射光がプリント基板面で反射したときの反射光が第１受光素子４３２に直接受光されることを抑制できる。よって、正確な検出が可能となる。
【００４９】
〔変形例５〕
次に、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定するための更に他の変形例（以下、本変形例を「変形例５」という。）について説明する。
図１０は、本変形例５におけるＰセンサ５３０を示す概略構成図である。
本変形例５のＰセンサ５３０の光学素子である発光素子５３１、第１受光素子５３２及び第３受光素子５３３は、上記変形例４と同様にＳＭＤで構成されており、プリント基板３４上に表面実装されているが、各素子面はプリント基板３４の面方向に対して平行な方向に向いている。なお、各素子５３１，５３２，５３３は、その外形をＳＭＤとしただけで、中身は図１に示したＰセンサ３０と同様である。このように発光素子５３１と第１受光素子５３２をＳＭＤで構成することで、上記変形例４と同様に、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することができる。
【００５０】
また、本変形例４の場合と同様に、入射光路と正反射光路上に、進路変更手段としての光放散部材や集光部材を入射光路及び正反射光路の中心線に対してその光軸がズレるように配置してもよい。このような構成とすれば、発光素子５３１及び第１受光素子５３２を無理に近づけなくても、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度をより狭く設定することが可能となる。
また、本変形例５では、発光素子５３１から照射される入射光が、直接、第１受光素子５３２に受光されないように、受光素子５３２を発光素子５３２の死角（入射光が直接届かない位置）に配置している。なお、本変形例４と同様に、発光素子５３１と第１受光素子５３２とを結ぶ線分上に、遮光壁や実装部品等の遮光手段を設けたり、発光素子５３１と第１受光素子５３２とを結ぶ線分上に存在するプリント基板面に貫通孔を設けたりして、発光素子４３１から照射される入射光が直接第１受光素子４３２に受光されるのを抑制するようにしてもよい。
【００５１】
また、本変形例５では、光路がプリント基板の面方向に対して平行であるため、その光路上に実装部品が搭載されると、その実装部品によって光が遮られてしまい、第１受光素子５３２の受光量が不足してしまう。そのため、本変形例５では、プリント基板３４上の実装部品は、入射光路及び正反射光路を遮らない位置に実装されている。また、本変形例５では、プリント基板３４上に、入射光路となる部分に切り欠きを有する遮光板５４８が設けられている。この切り欠きは、いわゆる光を絞る効果を奏する。
【００５２】
〔変形例６〕
次に、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定するための更に他の変形例（以下、本変形例を「変形例６」という。）について説明する。
図１１は、本変形例６におけるＰセンサ６３０の概略構成を示す断面図である。本変形例６のＰセンサ６３０の光学素子である発光素子５３１は、上記変形例５と同様にＳＭＤで構成されており、その素子面がプリント基板３４の面方向に対して平行な方向に向くように表面実装されている。また、本変形例６のＰセンサ６３０の光学素子である第１受光素子３２は、図１に示したＰセンサ３０の第１受光素子と同様である。なお、乱反射光を受光するための第２受光素子については図示を省略する。このような構成としても、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することが可能である。
【００５３】
また、本変形例６では、入射光路上に、進路変更手段及び光屈折部材としての集光部材である集光レンズ６３６が配置されている。この構成においては、発光素子５３１からプリント基板３４の面に沿って進行した入射光は、集光レンズ６３６により屈折して、感光体ドラム表面の照射目標に集光される。また、正反射光路上に、進路変更手段及び光屈折部材としての集光部材である集光レンズ６３７が配置されている。そして、本変形例６では、入射光路の始点すなわち発光素子５３１から集光レンズ６３６までの距離及び正反射光路の始点すなわち感光体ドラム表面から集光レンズ６３７までの距離をａとし、集光レンズ６３６から入射光路の終点すなわち感光体ドラム表面までの距離及び集光レンズ６３７から正反射光路の終点すなわち第１受光素子３２までの距離をｂとし、各集光レンズ６３６，６３７の焦点距離をｆとしたとき、上記数３に示す演算式を満たすように、各集光レンズ６３６，６３７が配置されている。これにより、発光素子５３１から感光体ドラム表面の照射目標に対する入射光の伝達効率、感光体ドラム表面から第１受光素子３２に対する正反射光の伝達効率をそれぞれ高めることができる。
【００５４】
このような構成により、発光素子５３１から照射された入射光は、集光レンズ６３６に至るまでに多少発散しても、集光レンズ６３６により感光体ドラム表面の照射目標に向けて集光される。したがって、発光素子５３１が感光体ドラム表面から離れていても、感光体ドラム表面の照射目標に十分な光量をもった入射光を照射することができる。また、感光体ドラム表面で正反射した正反射光も、集光レンズ６３７に至るまでに多少発散しても、集光レンズ６３７により第１受光素子３２に向けて集光される。したがって、第１受光素子３２が感光体ドラム表面から離れていても、第１受光素子３２に十分な光量をもった反射光を受光させることができる。したがって、本変形例６における構成によれば、発光素子５３１及び第１受光素子３２を感光体ドラム表面から離して配置しても、第１受光素子３２の受光量が不足することがない。その結果、感度を低下させることなく、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度が２５°以下となるように設定することができる。
【００５５】
また、集光レンズ６３７から第１受光素子３２までに至る正反射光路部分は、プリント基板３４の表面及びケース６３５の内壁面に囲まれており、これらの面は光を反射させる反射面となる。よって、集光レンズ６３７から出た正反射光のうち第１受光素子３２に向かわない光も、プリント基板３４の表面やケース６３５の内壁面での反射を繰り返して、第１受光素子３２に受光される。よって、第１受光素子３２での受光量を十分に確保することができる。
【００５６】
また、本変形例６では、発光素子５３１と第１受光素子３２とを結ぶ線分上には、プリント基板３４が存在するため、発光素子５３１から照射される入射光が直接第１受光素子３２に受光されることはない。
また、本変形例６では、入射光路及び正反射光路がプリント基板３４の面方向に対してほぼ平行であるため、その光路上の実装部品によって光が遮られると、第１受光素子５３２の受光量が不足してしまう。そのため、本変形例６では、光路に対向するプリント基板上には、実装部品を載せないか、又は、その実装部品を平坦なＳＭＤ６３８で構成することとしている。
また、本変形例６では、プリント基板３４との間で光の絞り効果を得るために、ケース６３５の内壁面に凸部６３５ａが形成されている。よって、この凸部６３５ａとプリント基板との間で入射光を絞る効果が得られる。ここで、プリント基板３４の表面に対する発光素子５３１の発光位置は、ある程度の高さを必要とするため、入射光はプリント基板３４の表面から多少離れた位置を通ることになる。そのため、凸部６３５ａとプリント基板表面との間では、その絞り効果が不十分となる場合がある。そこで、本変形例６では、ケース６３５内壁の凸部６３５ａに対向するプリント基板３４の表面にＳＭＤ６３８を表面実装している。これにより、凸部６３５ａとＳＭＤ６３８の表面との間で、入射光の絞り効果を高めることができる。なお、このように絞り効果を高める効果は、プリント基板３４に実装される部品で代用せずに、別途遮光部材等をプリント基板３４に設けるようにしても同様に得ることができる。しかし、本変形例６のように、プリント基板３４に実装される部品であるＳＭＤ６３８により代用すれば、その遮光部材等を設けるためのコストを削減できる。
なお、図示はしていないが、本変形例６では、発光素子５３１からの入射光の絞り径を、第１受光素子５３２への正反射光の絞り径よりも大きくしている。これにより、感光体ドラム上に形成されるライン状の基準パターンの分解能が高まり、より詳細なトナー付着量の検出が可能となる。
【００５７】
〔変形例７〕
次に、乱反射光の受光効率を高めるための変形例（以下、本変形例を「変形例７」という。）について説明する。
上述したように、乱反射光の受光効率を高めるには、感光体ドラム表面上の反射点から、乱反射光を受光するための第２受光素子の受光面までの距離（以下、「乱反射光受光距離」という。）を短くする必要がある。また、感光体ドラム表面上の反射点における表面法線方向と第２受光素子が受光する乱反射光の乱反射光路の中心線とのなす角（以下、「乱反射光受光角」という。）を狭くする必要もある。しかし、上述したいずれのＰセンサ３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０も、第２受光素子３３，４３３，５３３を入射光路と正反射光路とを含む仮想平面内に配置していたため、発光素子又は第１受光素子に邪魔されて、上記乱反射光受光距離を十分に短くし、また、上記乱反射光受光角を十分に狭くすることができなかった。そこで、本変形例７では、上記乱反射光受光距離を十分に短くし、また、上記乱反射光受光角を十分に狭くすることが可能な構成をもつＰセンサについて説明する。
【００５８】
図１２（ａ）及び（ｂ）は、本変形例７におけるＰセンサ７３０の概略構成を示す断面図である。なお、図１２（ａ）は、発光素子３１からの入射光Ｌ1が感光体ドラム５の表面に至るまでの入射光路と、感光体ドラム表面からの正反射光Ｌ2が第１受光素子３２に至るまでの正反射光路とを含む仮想平面である第１仮想平面に沿って切断したときの断面図である。一方、図１２（ｂ）は、反射点Ｏにおける感光体ドラム表面の法線を含み、かつ、上記第１仮想平面に対して直交する第２仮想平面に沿って切断したときの断面図である。
【００５９】
本変形例７のＰセンサ７３０の発光素子３１、第１受光素子３２及び第３受光素子３３は、図１に示したＰセンサ３０と同様である。しかし、本変形例７のＰセンサ７３０では、第２受光素子３３が入射光路と正反射光路とを含む第１仮想平面外に配置されている。具体的には、本変形例７では、図１３に示すように、感光体ドラム表面の法線を含み、かつ、反射点Ｏで第１仮想平面に対して直交する第２仮想平面上に、第２受光素子３３が配置されている。このような配置構成により、発光素子３１及び第１受光素子３２の配置に関わらず、上記乱反射光受光距離ｒを十分に短くし、また、上記乱反射光受光角θ2を十分に狭くすることができるようになる。
【００６０】
また、本変形例７では、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度を狭くすべく、図１２に示すように、発光素子３１及び第１受光素子３２を感光体ドラム表面から離して配置している。そのため、発光素子３１、第１受光素子３２及び第２受光素子３３を実装したプリント基板３４も、感光体ドラム表面から離れて配置されている。しかし、乱反射光を受光するための第２受光素子３３は、上述のとおりなるべく感光体ドラム表面上の反射点Ｏに近い方が望ましい。そこで、本変形例７では、第２受光素子３３として、そのリード線をプリント基板３４にはんだ付けするリードタイプの素子を用いている。これにより、プリント基板３４の配置に関わらず、リード線を延ばすことで、第２受光素子３３を自由に配置することができる。したがって、図１２に示すように、プリント基板３４が感光体ドラム表面から離れて配置されても、リード線を延ばすことで、第２受光素子３３だけは感光体ドラム表面に近接して配置することができる。
【００６１】
なお、従来のように第２受光素子３３を第１仮想平面内に配置した場合でも、第２受光素子３３を、発光素子３１と第１受光素子３２との間に配置すれば、上記乱反射光受光角を十分に狭く又はゼロにすることができるので、乱反射光の受光効率を高めることが可能である。しかし、この場合、各素子３１，３２，３３が互いの光路を遮らないように考慮する必要があるし、また、第２受光素子３３が邪魔して発光素子３１と第１受光素子３２との間の距離を狭くできないので、上述したようにシャドーファクターが大きくなり、正反射光検出の感度を低下させてしまう。これに対し、本変形例７の配置構成によれば、発光素子３１及び第１受光素子３２の配置に関わらず、上記乱反射光受光距離を十分に短くし、また、上記乱反射光受光角を十分に狭くすることができるので、正反射光検出の感度を低下させずに、乱反射光の受光効率を高めて乱反射光検出の感度を向上させることができる。
【００６２】
〔変形例８〕
次に、乱反射光の受光効率を高めるための他の変形例（以下、本変形例を「変形例８」という。）について説明する。
本変形例８のＰセンサも、上記変形例７と同様に、感光体ドラム表面の法線を含み、かつ、反射点Ｏで第１仮想平面に対して直交する第２仮想平面上に、第２受光素子３３が配置されている。よって、発光素子３１及び第１受光素子３２の配置に関わらず、上記乱反射光受光距離ｒを十分に短くし、また、上記乱反射光受光角θ2を十分に狭くすることができる。
【００６３】
図１４は、本変形例８におけるＰセンサ８３０の概略構成を示す断面図である。なお、この図１４は、図１２（ｂ）と同様に、反射点Ｏにおける感光体ドラム表面の法線を含み、かつ、入射光路と正反射光路とを含む第１仮想平面に対して直交する第２仮想平面に沿って切断したときの断面図である。
本変形例８のＰセンサ８３０の発光素子４３１、第１受光素子４３２及び第２受光素子４３３は、上記変形例４と同様にＳＭＤで構成されており、その素子面がプリント基板３４の面に対して法線方向に向くように表面実装されている。このＰセンサ８３０は、第２受光素子４３３が受光する乱反射光が通る乱反射光路のうち、その第２受光素子４３３に隣接する領域を囲うケーシング８３５を有している。そして、そのケーシング８３５への乱反射光の入口開口には、その入口開口に対応する部分が光透過部材かつ集光部材としてのフレンネルレンズ８３７で構成された防塵カバー８３８が設けられている。この防塵カバー８３８により、ケーシング８３５の内部に飛散トナー等の異物が進入するのを防止できるので、第２受光素子４３３に異物が付着するのが抑制される。また、感光体ドラム表面からの乱反射光は、フレンネルレンズ８３７を通過してケーシング８３５の内部に入り込む。ケーシング８３５の内壁は乱反射光を反射させる反射面となっている。具体的には、ケーシング８３５の内壁を、白色塗装したり、反射ミラーで形成したりする。よって、フレンネルレンズ８３７を通過した乱反射光の少なくとも一部は、ケーシング８３５の内壁面で反射して、第２受光素子４３３に集光される。よって、第２受光素子４３３で受光される乱反射光の受光量を十分に確保することができる。なお、乱反射光は赤外光であるため、ケーシング８３５の内壁面を赤外光が吸収されにくい材質で形成すれば、本変形例８の構成に限られるものではない。
【００６４】
〔変形例９〕
次に、乱反射光の受光効率を高めるための更に他の変形例（以下、本変形例を「変形例９」という。）について説明する。
本変形例９のＰセンサも、上記変形例７や上記変形例８と同様に、感光体ドラム表面の法線を含み、かつ、反射点Ｏで第１仮想平面に対して直交する第２仮想平面上に、第２受光素子３３が配置されている。よって、発光素子３１及び第１受光素子３２の配置に関わらず、上記乱反射光受光距離ｒを十分に短くし、また、上記乱反射光受光角θ2を十分に狭くすることができる。
【００６５】
図１５は、本変形例９におけるＰセンサ９３０の概略構成を示す断面図である。なお、この図１５は、図１４と同様に、反射点Ｏにおける感光体ドラム表面の法線を含み、かつ、入射光路と正反射光路とを含む第１仮想平面に対して直交する第２仮想平面に沿って切断したときの断面図である。
本変形例９のＰセンサ９３０の光学素子である発光素子５３１及び第１受光素子５３２は、上記変形例５と同様にＳＭＤで構成されており、その素子面がプリント基板３４の面方向に対して平行な方向に向くように表面実装されている。一方、本変形例９のＰセンサ９３０の光学素子である第２受光素子３３は、図１に示したＰセンサ３０の第１受光素子と同様である。本変形例９では、発光素子５３１と第１受光素子５３２はプリント基板３４の同一面に実装されているが、第２受光素子３３は、そのプリント基板３４の反対面に実装されている。このような構成においては、発光素子５３１と第２受光素子３３とを結ぶ線分上にプリント基板３４が存在するため、発光素子５３１から照射される入射光が直接第２受光素子３３に受光されることはない。
また、本変形例９では、発光素子５３１と第１受光素子５３２がプリント基板３４の同一面に実装されている安価な片面基板を利用することで、コストを削減している。なお、第２受光素子３３のリード線は、その第２受光素子３３が実装される基板面とは反対面ではんだ付けされるため、発光素子５３１と第１受光素子５３２が実装された基板面側ではんだ付けを行わなければならない。この場合、リード線を発光素子５３１と第１受光素子５３２の近くに引き出すと、はんだ付けの際にフラックスが飛んで発光素子５３１と第１受光素子５３２の素子面を汚すおそれがある。しかし、本変形例９では、第２受光素子３３のリード線が発光素子５３１と第１受光素子５３２から離れた位置に引き出されるので、はんだ付けの際に素子面を汚す心配はない。
【００６６】
また、本変形例９のＰセンサ９３０は、上記変形例８と同様、ケーシング８３５への乱反射光の入口開口にフレンネルレンズ８３７で構成された防塵カバー８３８が設けられ、そのケーシング８３５の内壁は乱反射光を反射させる反射面となっている。よって、フレンネルレンズ８３７を通過した乱反射光の少なくとも一部は、ケーシング８３５の内壁面で反射して、第２受光素子３３に集光され、第２受光素子３３で受光される乱反射光の受光量を十分に確保することができる。
【００６７】
以上、本実施形態における光学センサとしてのＰセンサ３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０，７３０，８３０，９３０は、少なくとも１つの発光手段である発光素子３１，４３１，５３１と、この発光素子から照射された入射光Ｌ1が照射対象物である感光体ドラム表面により正反射したときの正反射光Ｌ2を受光する受光手段としての第１受光素子３２，４３２，５３２と、その発光素子から照射された入射光Ｌ1が感光体ドラム表面上のトナーにより乱反射したときの乱反射光を受光する第２の受光手段としての第２受光素子３３，４３３，５３３を備えている。そして、発光素子３１，４３１，５３１からの入射光が感光体ドラム表面に至るまでの入射光路のうち感光体ドラム表面に至る直前における入射光路の中心線と、感光体ドラム表面からの正反射光が第１受光素子３２，４３２，５３２に至るまでの正反射光路のうち感光体ドラム表面での反射直後における正反射光路の中心線とのなす角が、２５°以下、好ましくは２０°以下となるように構成している。これにより、シャドーファクターが小さくなるため、感光体ドラム表面に付着するトナーの付着量が多くても、これを十分な感度で検出することができるようになり、その付着量を感度よく検出できる範囲が広がる。
また、上記変形例１、２、４及び６のＰセンサ１３０，２３０，４３０，６３０は、入射光路及び正反射光路のうちの少なくとも一方の光路に、光の進行方向を変更する進行方向変更手段を有している。例えば、上記変形例１では、その進行方向変更手段を、光を反射する光反射部材としての反射ミラー１３６ａ，１３６ｂで構成している。また、上記変形例２では、その進行方向変更手段を、光を屈折させる光屈折部材としての屈折レンズ２３６ａ，２３６ｂで構成している。また、上記変形例４では、その進行方向変更手段を、光路の中心線に対して光軸がズレるように配置した集光部材又は光放散部材である共通レンズ４３６で構成している。また、上記変形例６では、その進行方向変更手段を、光路の中心線に対して光軸が傾斜するように配置した集光部材である集光レンズ，６３７で構成している。このように、光の進行方向を変更すれば、上記変形例１で説明したように、発光素子及び第１受光素子の配置を任意に決定しても、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度を狭く設定できる。したがって、発光素子及び第１受光素子の配置の自由度が増すという効果が得られる。
また、上記変形例３のＰセンサ３３０は、入射光路及び正反射光路のうちの少なくとも一方の光路に、その光路の中心線に対して光軸が一致するように集光部材である片面凸レンズ３３６が配置されている。このような構成とすることで、上記変形例３で説明したように、発光素子３１及び第１受光素子３２を感光体ドラム表面から離して配置しても、感度を低下させることなく、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度を狭く設定できる。
また、上記変形例３のＰセンサ３３０は、正反射光路に光放散部材である片面凹レンズ３３６ｂが設けられている。このような片面凹レンズ３３６ｂを正反射光路上に設けることで、レンズの取り付け角度のバラツキによる正反射光の「ケラレ」が発生するのを抑制できる。よって、レンズの取り付け角度の自由度が高まるという効果が得られる。
また、上記変形例３のＰセンサ３３０では、入射光路に片面凸レンズ３３６ａを設け、発光素子３１から片面凸レンズ３３６ａまでの距離をａ1とし、その片面凸レンズ３３６ａから感光体ドラム表面までの距離をｂ1とし、その片面凸レンズ３３６ａの焦点距離をｆ1とし、かつ、片面凹レンズ３３６ｂから第１受光素子３２までの距離をａ2とし、感光体ドラム表面から片面凹レンズ３３６ｂまでの距離をｂ2とし、片面凹レンズ３３６ｂの焦点距離をｆ2としたとき、上記数２に示す２つの演算式の少なくとも一方を満たすように、片面凸レンズ３３６ａ及び片面凹レンズ３３６ｂが配置されている。これにより、上記変形例３で説明したように、第１受光素子３２に対する正反射光の伝達効率をそれぞれ高めることができる。
また、上記変形例４乃至６のＰセンサ４３０，５３０，６３０は、発光素子４３１，５３１及び第１受光素子４３２，５３２の少なくとも一方の素子が、プリント基板３４上に表面実装された表面実装光学手段で構成されている。このように発光素子と第１受光素子をＳＭＤで構成することで、素子間の間隔を狭くすることができる。すなわち、上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度を狭く設定できる。
また、上記変形例３、６、８及び９のＰセンサ３３０，６３０，８３０，９３０のように、入射光路、正反射光路及び乱反射光路のうちの少なくとも１つの光路に、集光部材である片面凸レンズ３３６ａ、集光レンズ６３６，６３７、フレンネルレンズ８３７を設ければ、感度を低下させることなく上記入射角θ0と上記正反射角θ1とを加算した角度を狭く設定できるという上記変形例３で説明した効果や、発光素子及び第１受光素子の配置の自由度が増すという上記変形例１で説明した効果、あるいは、第２受光素子４３３で受光される乱反射光の受光量を十分に確保することができるという上記変形例８で説明した効果等を得ることが可能となる。
また、上記変形例６のＰセンサ６３０のように、入射光路及び正反射光路の両方に集光部材である集光レンズ６３６，６３７を設ければ、感度を落とすことなく、発光素子５３１及び第１受光素子３２の両方を感光体ドラム表面から遠ざけることができるので、発光素子及び第１受光素子の配置の自由度が増す。
また、上記変形例６のＰセンサ６３０では、入射光路の始点すなわち発光素子５３１から集光レンズ６３６までの距離及び正反射光路の始点すなわち感光体ドラム表面から集光レンズ６３７までの距離をａとし、集光レンズ６３６から入射光路の終点すなわち感光体ドラム表面までの距離及び集光レンズ６３７から正反射光路の終点すなわち第１受光素子３２までの距離をｂとし、各集光レンズの焦点距離をｆとしたとき、上記数３に示す演算式を満たすように、各集光レンズが配置されている。これにより、発光素子から感光体ドラム表面の照射目標に対する入射光の伝達効率、感光体ドラム表面から第１受光素子３２に対する正反射光の伝達効率をそれぞれ高めることができる。
また、上記変形例３や上記変形例６のＰセンサ３３０，６３０のように、集光部材である片面凸レンズ３３６ａ及び集光レンズ６３６，６３７や、光放散部材である片面凹レンズ３３６ｂにおける感光体ドラム表面に対向する側の面が平面とすれば、上記変形例３で説明したように、レンズ面が飛散トナーによって汚れても、そのクリーニングが容易となる。
また、上記実施形態や上記変形例１、２、３及び４のＰセンサ３０，１３０，２３０，３３０，４３０は、発光素子３１，４３１及び第１受光素子３２，４３２を単一のパッケージに封入した構成となっているため、本Ｐセンサをプリント基板等の電気回路に接続する作業が容易となり、製造工程を簡略化できる。
また、上記変形例６のＰセンサ６３０のように、発光素子５３１及び第１受光素子３２が互いに同一基板３４の反対面に実装すれば、発光素子５３１から直接第１受光素子３２に向かう入射光を基板３４により遮ることができる。よって、発光素子５３１からの入射光が第１受光素子３２に直接受光されることがなくなるので、正確な検出が可能となる。
また、上記変形例４のＰセンサ４３０は、発光素子４３１及び第１受光素子４３２の両方が表面実装部品（ＳＭＤ）であって、基板３４の同一面に表面実装されている。そして、発光素子４３１と第１受光素子４３２とを結ぶ線分上には、遮光手段としての遮光壁４３５ａが設けられている。よって、発光素子４３１から直接第１受光素子４３２に向かう入射光が遮光壁４３５ａにより遮られ、発光素子５３１からの入射光が第１受光素子３２に直接受光されることがなくなるので、正確な検出が可能となる。なお、上記変形例４で説明したように、この遮光手段として基板３４に実装された実装部品を利用すれば、電子部品ではない部材を基板上に設ける必要がなくなるため、回路スペースを広く取ることができる。また、上記変形例４で説明したように、発光素子４３１と第１受光素子４３２とを結ぶ線分上の基板面に貫通孔を設けても、発光素子４３１から照射される入射光が基板面に反射して直接第１受光素子４３２に受光されるのを抑制できるため、正確な検出が可能となる。
また、上記変形例５及び６のＰセンサ５３０，６３０のように、実装部品が光路を遮らないように構成すれば、実装部品によって光が遮られて第１受光素子５３２の受光量が不足する事態を回避できる。
また、上記変形例６のＰセンサ６３０のように、光路に対向する基板上に表面実装部品を表面実装すれば、光の絞り効果を高めることができる。
また、上述した各変形例を含む本実施形態におけるＰセンサ３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０，７３０，８３０，９３０において、発光素子３１，４３１，５３１からの入射光Ｌ1の絞り径を、第１受光素子３２，４３２，５３２への正反射光Ｌ2の絞り径よりも大きくすれば、上記変形例６で説明したように、感光体ドラム上に形成されるライン状の基準パターンの分解能が高まり、より詳細なトナー付着量の検出が可能となる。
また、上記変形例７乃至９におけるＰセンサ７３０，８３０，９３０は、第２受光素子３３，４３３が、入射光路と正反射光路とを含む第１仮想平面外に配置されている。このような配置構成により、発光素子３１，４３１，５３１や第１受光素子３２，４３２，５３２に邪魔されることなく、上記乱反射光受光距離ｒを十分に短くし、また、上記乱反射光受光角θ2を十分に狭くすることができるようになる。したがって、第２受光素子３３，４３３での乱反射光の受光効率を高めることができ、乱反射光検出の感度を向上させることができる。また、上記乱反射光受光距離ｒを十分に短くなり、また、上記乱反射光受光角θ2を十分に狭くなるように、第２受光素子３３，４３３を配置する際、発光素子３１，４３１，５３１や第１受光素子３２，４３２，５３２の配置に影響を与えない。よって、上述したように、発光素子と第１受光素子との間の距離を短くしてシャドーファクターが小さくして正反射光検出の感度を向上させつつ、乱反射光検出の感度も向上させることができる。
また、上記変形例９のＰセンサ９３０のように、発光素子５３１及び第１受光素子５３２の両方を基板３４の同一面に実装し、第２受光素子３３をその同一面とは反対側の基板面に実装すれば、発光素子５３１から直接第２受光素子３３に向かう入射光を基板３４により遮ることができる。よって、発光素子５３１からの入射光が第２受光素子３３に直接受光されることがなくなるので、正確な検出が可能となる。
また、上記変形例７及び９のＰセンサ７３０，９３０のように、第２受光素子３３のリード線を基板３４にはんだ付けした構成を採用すれば、上記変形例７で説明したように、基板３４が感光体ドラム表面から離れて配置されても、リード線を延ばすことで、第２受光素子３３だけは感光体ドラム表面に近接して配置することができる。よって、基板３４の配置に関わらず、乱反射光検出の感度も向上させることができる。
また、上記変形例８及び９のＰセンサ８３０，９３０は、第２受光素子３３，４３３が受光する乱反射光が通る乱反射光路のうち、その第２受光素子に隣接する領域を囲うケーシング８３５を有している。そして、乱反射光Ｌ3を反射させる反射面がケーシング内壁に設けられている。この反射面としては、白色面や鏡面を採用することができる。このような構成により、上記変形例８で説明したように、ケーシング８３５の内部に入り込んだ乱反射光を第２受光素子３３，４３３に集めることが可能となるため、乱反射光の受光量を十分に確保することが可能となる。
また、上記変形例８及び９のＰセンサ８３０，９３０は、ケーシング８３５への乱反射光Ｌ3の入口開口に光透過部材が設けられている。この光透過部材としては、例えばフレンネルレンズを用いることができる。このようにケーシング８３５の入口開口に光透過部材を設けることで、上記変形例８で説明したように、ケーシング８３５の内部に飛散トナー等の異物が進入するのを防止できるので、第２受光素子４３３に異物が付着するのが抑制される。
また、上述した各変形例を含む本実施形態に係るプリンタは、光を正反射させる表面を有する像担持体としての感光体ドラム５と、感光体ドラム５上にトナー像を形成するトナー像形成手段としての帯電ロール６、光書込装置８及び現像装置１０と、このトナー像形成手段により感光体ドラム５上にトナーを付着させたときのトナー付着量を検出するための光学センサであるＰセンサと、このＰセンサの検出結果に基づいて画像濃度制御を行う画像濃度制御手段としての制御部とを備えている。そして、このＰセンサとして、上述したＰセンサ３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０，７３０，８３０，９３０を用いるため、適正な画像濃度制御を行うことが可能となる。
また、本実施形態で使用するトナーは、重量平均粒径が８μｍ以下のものであるため、上述したように、トナー付着量の多い領域でも十分な感度でトナー付着量を検出できるようにする必要があるが、上述したＰセンサ３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０，７３０，８３０，９３０を用いることで、トナー付着量の多い領域でも十分な感度でトナー付着量を検出することができるようになる。
また、本実施形態で使用するトナーは、平均円形度が０．９３以上のものであるため、上述したように、トナー付着量の多い領域でも十分な感度でトナー付着量を検出できるようにする必要があるが、上述したＰセンサ３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０，７３０，８３０，９３０を用いることで、トナー付着量の多い領域でも十分な感度でトナー付着量を検出することができるようになる。
【００６８】
尚、本実施形態では、本発明を、感光体ドラム表面上のトナー付着量を検出するＰセンサを例に挙げて説明したが、他の光学センサに適用しても、同様の効果を得ることが可能である。例えば、トナー飛散の量を検出するために所定箇所に付着したトナーの付着量を検出するための光学センサなどにも適用することができる。また、画像形成装置に限らず、他の分野において、物体の付着量や物体の付着位置などを検出する光学センサにも同様に適用できる。
また、本実施形態において、上記変形例１乃至６で説明したような正反射光の受光に関する構成を、適宜、乱反射光の受光に関する構成に適用することが可能であり、また、上記変形例７乃至９で説明したような乱反射光の受光に関する構成を、適宜、正反射光の受光に関する構成に適用することが可能である。
また、本実施形態では、４つの作像ユニット４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋを備えたタンデム型の画像形成装置であって、各感光体ドラムから記録紙上に直接トナー像を転写する直接転写方式を採用しているが、これに限らず、種々の型又は方式の画像形成装置でも同様である。すなわち、作像ユニットを１つしか持たない１ドラム型の画像形成装置や、感光体ドラム上のトナーを一旦中間転写体に転写した後に記録紙上に転写する間接転写方式の画像形成装置などにも、本発明は同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１  プリンタ
５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋ  感光体ドラム
１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋ  現像装置
２１  転写搬送ベルト
２８  転写ブラシ
３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０，７３０，８３０，９３０  Ｐセンサ
３１，４３１，５３１  発光素子
３２，４３２，５３２  第１受光素子
３３，４３３，５３３  第２受光素子
３３ａ  リード線
３４  プリント基板
３５  パッケージ
１３６ａ，１３６ｂ  反射ミラー
２３６ａ，２３６ｂ  屈折レンズ
３３６ａ  片面凸レンズ
３３６ｂ  片面凹レンズ
４３５ａ  遮光壁
４３６  共通レンズ
４３７  凸レンズ
５４８  遮光板
６３５  ケース
６３５ａ  凸部
６３６，６３７  集光レンズ
８３５  ケーシング
８３７  フレンネルレンズ
８３８  防塵カバー
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７０】
【特許文献１】特開昭６４−３５４５５号公報
【図１】
2011133483.tif 000003
【図２】
2011133483.tif 000004
【図３】
2011133483.tif 000005
【図４】
2011133483.tif 000006
【図５】
2011133483.tif 000007
【図６】
2011133483.tif 000008
【図７】
2011133483.tif 000009
【図８】
2011133483.tif 000010
【図９】
2011133483.tif 000011
【図１０】
2011133483.tif 000012
【図１１】
2011133483.tif 000013
【図１２】
2011133483.tif 000014
【図１３】
2011133483.tif 000015
【図１４】
2011133483.tif 000016
【図１５】
2011133483.tif 000017
【図１６】
2011133483.tif 000018
【図１７】
2011133483.tif 000019
【図１８】
2011133483.tif 000020
【図１９】
2011133483.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月24日(2011.2.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの発光手段と、
該発光手段から照射された光を集光して照射対象物に入射するための集光部材と、
該発光手段からの入射光が該照射対象物により正反射したときの正反射光を受光する受光手段と、
該正反射光を放散させて該受光手段に案内するための光放散部材とを備えた光学センサにおいて、
上記集光部材及び上記光放散部材の少なくとも一方を、光路の中心線に対して光軸がズレるように配置したことを特徴とする光学センサ。
【請求項２】
少なくとも１つの発光手段と、
該発光手段から照射された光を集光して照射対象物に入射するための集光部材と、
該発光手段からの入射光が該照射対象物により正反射したときの正反射光を受光する受光手段と、
該正反射光を放散させて該受光手段に案内するための光放散部材とを備えた光学センサにおいて、
上記集光部材及び上記光放散部材の少なくとも一方を、光路の中心線に対して光軸が傾斜するように配置したことを特徴とする光学センサ。
【請求項３】
光を正反射させる表面を有する像担持体と、
該像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
該トナー像形成手段により該像担持体上にトナーを付着させたときの該トナーの付着量を検出するための光学センサと、
該光学センサの検出結果に基づいて画像濃度制御を行う画像濃度制御手段とを備えた画像形成装置において、
上記光学センサとして、請求項１又は２の光学センサを用いたことを特徴とする画像形成装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、少なくとも１つの発光手段と、該発光手段から照射された光を集光して照射対象物に入射するための集光部材と、該発光手段からの入射光が該照射対象物により正反射したときの正反射光を受光する受光手段と、該正反射光を放散させて該受光手段に案内するための光放散部材とを備えた光学センサにおいて、上記集光部材及び上記光放散部材の少なくとも一方を、光路の中心線に対して光軸がズレるように配置したことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、少なくとも１つの発光手段と、該発光手段から照射された光を集光して照射対象物に入射するための集光部材と、該発光手段からの入射光が該照射対象物により正反射したときの正反射光を受光する受光手段と、該正反射光を放散させて該受光手段に案内するための光放散部材とを備えた光学センサにおいて、上記集光部材及び上記光放散部材の少なくとも一方を、光路の中心線に対して光軸が傾斜するように配置したことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、光を正反射させる表面を有する像担持体と、該像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、該トナー像形成手段により該像担持体上にトナーを付着させたときの該トナーの付着量を検出するための光学センサと、該光学センサの検出結果に基づいて画像濃度制御を行う画像濃度制御手段とを備えた画像形成装置において、上記光学センサとして、請求項１又は２の光学センサを用いたことを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
請求項１又は２の光学センサ及び請求項３の画像形成装置に設けられるトナー付着量を検出するための光学センサは、入射光が照射対象物により正反射したときの正反射光を受光する。この光学センサは、正反射光の検出結果から、例えば、光を吸収したり、光を乱反射させたりする物体が照射対象物上に付着したときの付着量の検出や、そのような物体の付着位置の検出などに利用することができる。
ここで、発光手段からの入射光が照射対象物に至る直前における入射光路の中心線と、その照射対象物での反射直後における正反射光路の中心線とのなす角を狭くすれば、受光手段により受光される正反射光に寄与しない照射対象物部分の面積を、照射対象物上に付着する物体が実際に占有している照射対象物の面積に十分に近づけることができる。すなわち、シャドーファクターを小さくすることができる。よって、その物体の付着量が多くても、これを十分な感度で検出することができるようになり、その付着量を感度よく検出できる範囲が広がる。
なお、上記角度を狭くする方法としては、通常、光学センサの発光手段を構成する発光素子と受光手段を構成する受光素子とを互いに近接させる方法が採られる。しかし、各素子が互いに接触するまでしか近接させることができないため、近接させるにも限界がある。また、通常、発光素子と受光手段との間には、発光手段からの光が直接受光手段に受光されないように遮光部材を設ける必要もあるため、この理由からも、発光素子と受光手段とを近接させることは困難である。また、各素子を互いに近接させた状態で照射対象物から離せば、上記角度を更に狭くすることは可能である。しかし、各素子を照射対象物から離すほど、光量が不足し、結果的に光学センサの感度を落とす結果となる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本光学センサでは、集光部材の光軸を光路の中心線からズラしたり、傾けたりすれば、光を屈折させて光の進行方向を変更することができる。よって、発光手段と受光手段との間の距離が広くて、発光手段から入射光が照射された直後の入射光路の中心線と、受光手段で正反射光を受光する直前の正反射光路の中心線とのなす角が広い場合でも、照射対象物に至る直前における入射光路の中心線と、照射対象物での反射直後における正反射光路の中心線とのなす角については狭くすることが可能となる。この場合、発光手段や受光手段を照射対象物から離す必要がないので、光学センサの感度を落とすことはない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明によれば、光を正反射させる照射対象物上に存在する光を正反射させない物体の付着量を感度よく検出できる範囲を従来に比べて広げることができるという優れた効果がある。