(57)【要約】【課題】ブラックトナーおよびカラートナーで現像された画像パターンの位置と濃度の検出を高精度に行えるトナー濃度および位置センサを備えた画像形成装置を提供することにある。【解決手段】感光体１ａを露光して潜像を形成し、前記潜像を現像してトナー像とし、このトナー像を転写手段３によって転写紙に転写する画像形成装置において、現像した所定の画像パターンを測定光で照射する発光部５と前記画像パターンで反射した測定光を受光して受光量に応じた出力を行う受光部６とを有する反射型フォトセンサからなるトナー濃度および位置センサを検出手段４として備え、前記検出手段が前記測定光を所定のエリアに照射するように制限する制限手段７を有する。【選択図】　　　図１
2004138744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体を露光して潜像を形成し、前記潜像を現像してトナー像とし、このトナー像を転写手段によって転写紙に転写する画像形成装置において、現像した所定の画像パターンを測定光で照射する発光部と前記画像パターンで反射した測定光を受光して受光量に応じた出力を行う受光部とを有する反射型フォトセンサからなるトナー濃度および位置センサを検出手段として備え、前記検出手段が前記測定光を所定のエリアに照射するように制限する制限手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制限手段としてスリットを備えたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記制限手段として、前記感光体の回転方向の制限範囲に対して直交する方向の制限範囲が広いエリアで照射するスリットを備えたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記画像パターンは感光体の回転方向と直交する方向の線が複数本描かれたパターンであり、前記制限手段として、前記感光体の直交方向の制限範囲が回転方向の制限範囲に対して広く、前記感光体の回転方向の制限範囲が前記感光体上に描かれた線の幅より小さいエリアで照射するスリットを備えたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記検出手段を、前記画像パターンがブラックトナーで現像されている場合は、反射した測定光の正反射成分を検出する正反射型のセンサとし、前記発光部から照射する測定光の照射角度θ１および受光部で測定光を受光する受光角度θ２が可能な限り小さくなる位置に配置することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記検出手段を、前記画像パターンがシアン、マゼンタ、イエロートナーで現像されている場合は、反射した測定光の拡散反射成分を検出する拡散反射型のセンサとし、前記発光部から照射する測定光の照射角度θ１は前記受光部で測定光を受光する際に正反射成分が検出されない角度であり、前記受光部で測定光を受光する受光角度θ２は、前記画像パターンに対して直交方向に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置の画像調整に関し、とくに正確な画像濃度および位置が検出できる画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やプリンタなどの画像形成装置は、画像の品質を常に安定した状態で出力するために電源投入直後、ある決められた枚数を出力後、またはある時間間隔で画像の調整を行う。この調整は、画像形成する際に必要となる条件、例えば露光するレーザダイオードのパワー、現像γ特性、感光体または現像ユニットに印加する電位などである。
これらの調整を行うために感光体上に複数の濃度で所定の基準画像（以下、画像パターン、と称する）を形成し、この画像パターンを濃度センサで検出し濃度センサの出力から上記条件を変更して転写紙上に出力される画像濃度の調整を行う。
また、カラーの画像形成装置では、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色で画像を形成するためそれぞれの色で描かれる画像の位置を合わせる必要がある。そのため各色で描かれる画像パターンの位置を位置センサで検出して出力される値から、露光のタイミングなどを変更して位置の調整を行っている。
転写紙に出力される画像の品質を良くするためには、高精度な濃度、位置調整が必要となる。高精度に位置を検出するために、特開２０００−０８９５４１公報では、半導体レーザを用いたレーザ光を画像パターンに照射し、反射光を検出するフォトセンサを用いて画像パターンの位置を検出している。上記技術では、照射するレーザ光のビーム径を小さくすることで検出精度を良くしている。
また、特開２００１−１５４４３１公報では、作像によるバラツキによる位置のぶれ等の影響を少なくするために測定光と画像パターンの間に拡散板を配置して測定光を拡散させることによって作像によるバラツキの影響を小さくして検出精度を良くしている。
【特許文献１】特開２０００−０８９５４１公報
【特許文献２】特開２００１−１５４４３１公報
【特許文献３】特開２０００−２５０３０４公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
画像パターンに発光部から光を照射し、画像パターンからの反射光を検出する方式としては、上記２つの技術は同じであるが、照射する光のビーム径に要求される条件が矛盾しており、どちらかの精度を妥協せざるを得ない状況にある。また、半導体レーザ素子、拡散板を使用することによりセンサが高価になる。
さらに、ブラックトナーによって現像された画像パターンとシアン、マゼンタ、イエロー（以下カラートナーと称する）によって現像された画像パターンの濃度検知は、各画像パターンからの正反射光を受光する正反射型のセンサによって行われている。
しかしながら、カラートナー像が高濃度になるとセンサ感度が飽和してしまいその検知が困難となるため、ブラックトナー像の濃度検知には正反射型のセンサを、カラートナー像の濃度検知には画像パターンからの拡散反射光を受光する拡散反射型のフォトセンサをそれぞれ用いる傾向にある。
特開２０００−２５０３０４公報では、拡散反射用の発光素子から発する照射光の光軸が感光体の表面となす照射角が、受光素子に受光される拡散反射光の光軸が感光体の表面となす受光角より小さくなるように配置する。
また、正反射用の発光素子から発する照射光の光軸と受光素子に受光される正反射光の光軸とがなす交差角が拡散反射用の発光素子から発する照射光の光軸と受光素子に受光される拡散反射光の光軸とがなす交差角より小さくなるように配置し、かつ交差角を小さくすることで、センサの出力および感度を良好にしている。
ここでブラックトナーには測定光を吸収する特性があり、反射成分は極めて少ないため、正反射型のセンサは感光体から反射される正反射成分を多く検出することでセンサの出力および感度が良好になる。また、カラートナーには測定光を拡散する特性があり、正反射成分は極めて少ないため、測定光の照射角に寄らず画像パターンに対して直交方向に反射される測定光の光量が最も大きくなる。
しかしながら、特開２０００−２５０３０４公報による発光素子、受光素子の配置ではセンサの出力および感度が不十分である。
本発明の目的は、ブラックトナーおよびカラートナーで現像された画像パターンの位置と濃度の検出を高精度に行えるトナー濃度および位置センサを備えた画像形成装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、感光体を露光して潜像を形成し、前記潜像を現像してトナー像とし、このトナー像を転写手段によって転写紙に転写する画像形成装置において、現像した所定の画像パターンを測定光で照射する発光部と前記画像パターンで反射した測定光を受光して受光量に応じた出力を行う受光部とを有する反射型フォトセンサからなるトナー濃度および位置センサを検出手段として備え、前記検出手段が前記測定光を所定のエリアに照射するように制限する制限手段を有する画像形成装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、前記制限手段としてスリットを備えたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記制限手段として、前記感光体の回転方向の制限範囲に対して直交方向の制限範囲が広いエリアで照射するスリットを備えたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、前記画像パターンは感光体の回転方向と直交方向の線が複数本描かれたパターンであり、前記制限手段として、前記感光体の直交方向の制限範囲が回転方向の制限範囲に対して広く、前記感光体の回転方向の制限範囲が前記感光体上に描かれた線の幅より小さいエリアで照射するスリットを備えたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記検出手段を、前記画像パターンがブラックトナーで現像されている場合は、反射した測定光の正反射成分を検出する正反射型のセンサとし、前記発光部から照射する測定光の照射角度θ１および受光部で測定光を受光する受光角度θ２が可能な限り小さくなる位置に配置することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の画像形成装置を主要な特徴とする。請求項６記載の発明では、前記検出手段を、前記画像パターンがシアン、マゼンタ、イエロートナーで現像されている場合は、反射した測定光の拡散反射成分を検出する拡散反射型のセンサとし、前記発光部から照射する測定光の照射角度θ１は前記受光部で測定光を受光するさいに正反射成分が検出されない角度であり、前記受光部で測定光を受光する受光角度θ２は、前記画像パターンに対して直交方向に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１はカラー画像形成装置の作像部を示す概略図である。シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色で画像を形成するカラー画像形成装置は、潜像が形成される感光体１ａおよびこの感光体１ａに形成された潜像をトナー画像として顕像化する現像手段が上記４色に対して設けられた複数の作像ユニット１を有している。また、画像の位置および濃度の調整を行うため転写手段上の画像パターンを検出する検出手段（トナー濃度および位置センサ）４を有している。
また、それぞれの感光体１ａに光を照射して潜像を形成する複数の露光手段２と、複数の作像ユニット１で形成された各色のトナー画像を転写紙に順次重ね合わせて転写し、転写紙上に合成像を形成する転写手段３とを有している。
画像の位置および濃度の調整を行う時は、上記転写手段３を用いて転写紙にトナー像である画像パターンを形成する。
図２は画像パターンを示す図である。形成する画像パターンＴの例は、転写手段３上の転写紙Ｐの回転方向と直交する方向に描かれた複数の線で構成されるものである。
図３は検出手段の構成を示す概略図である。画像形成装置は、位置および濃度の調整を行うため転写手段上の画像パターンを検出する検出手段（トナー濃度および位置センサ）４を有している。図において検出手段４は転写紙Ｐ上に形成された画像パターンＴに光を照射する発光部５と画像パターンからの反射光を受光するフォトセンサからなる受光部６とから構成されている。符号７は後述するスリットである。
また、画像形成装置は検出手段４の出力から位置、濃度を演算する手段を有し、この演算結果により位置、濃度の調整を行う。転写紙上に形成される画像は、露光される感光体１ａ、この感光体１ａを露光する光、感光体１ａ上に形成された潜像にトナー像を形成させる現像、作像ユニット１からの転写の条件がばらつくことにより、意図した画像が形成されない場合がある。
【０００６】
図４は画像パターンの詳細を示す図である。図において、例えば、ある部分のトナー濃度が薄い画像パターン８、トナーが付着していない部分を有した画像パターン９などである。また、中間濃度の検出を行うために中間濃度で画像を形成する場合は意図的に画像のドットを間引く処理が行われトナーが付着しない部分１０が存在する。
検出手段４の発光部５によって画像パターン上に照射される光が、上記個所に照射された場合に正確な出力が得られなくなる。
図５は図４の画像パターンの各矢印位置での出力例を示す図である。これは正確な出力が得られないときの出力例ａ，ｂ，ｃであり、図４に示した各線パターンに対応した線が検出できない時の状態を示している。
本発明のトナー濃度および位置センサ（検出手段）は前記画像パターンに照射する測定光が所定のエリアを照射するように制限する手段としてスリット７を有している。図６はスリット７を示す平面図である。ここでは転写紙の回転方向を副走査方向、前記方向の直交方向を主走査方向と定義する。
スリット７は画像パターンに照射される光の副走査方向のエリアを制限する制限手段である。すなわち副走査方向の制限範囲に対して主走査方向の制限範囲が広くなることで主走査方向において長いエリアに測定光が照射される。
【０００７】
図７は画像パターンに照射される光の主走査方向のエリアを広げた場合を示す図である。スリット７によって主走査方向のエリアは、図７に示すように、広くすることが可能である。これにより濃度が薄い画像パターン８、トナーが付着していない画像パターン９部分だけでなくトナーの付着している部分に測定光が照射され線の検出が可能になる。図８は線の検出例を示す図である。
スリット７の形状は図６に示したような矩形だけでなく前記制限範囲の条件を満たす形状であれば良い。また、測定光を照射するエリアを制限しているためＬＤのような指向性の狭い光源だけでなく、例えばＬＥＤのような安価で指向性の広い光源を使用することが可能になる。
前記画像パターンを検出する検出手段４であるセンサは画像パターンに光を照射する発光部５と画像パターンからの反射光を受光する受光部であるフォトセンサ６とから構成されている。しかし、ブラックトナーで形成された画像パターンを検出する場合とカラートナーで形成された画像パターンを検出する場合とで前記発光部５および受光部６の配置が異なる。
ブラックトナーで形成された画像パターンを検出する場合は、画像パターンによって反射される測定光の正反射成分を検出する正反射型のセンサであり、カラートナーで形成された画像パターンを検出する場合は画像パターンによって反射される測定光の拡散成分を検出する拡散反射型のセンサである。
ブラックトナーで形成される画像パターンによって反射される測定光を検出する場合において、ブラックトナーの特性としてブラックトナーに照射された測定光はトナーによって吸収され反射光は極めて少ない。正反射型のセンサにおいては、画像パターンの形成されていない感光体からの反射光量がブラックトナーによって吸収されることにより反射光量が減少する量を検出していることになる。したがって、感光体からの反射光量を検出する感度を良くすることが必要である。
【０００８】
図９は照射角度および受光角度と光量の関係を示す図である。図において、画像パターンが形成される感光体からの反射光量は、前記発光部５からの照射角度θ１および前記受光部６での受光角度θ２を小さくすることで光量が増加する傾向にある。
したがって、ブラックトナーからの反射光量と感光体からの反射光量の差が大きくなる。図１０は検出手段の発光部と受光部の配置の第１実施例を示す概略図である。前記検出手段４を構成する発光部５と受光部６は画像形成装置に設置できる範囲で発光部５からの照射角度θ１および受光部６での受光角度θ２が小さくなる位置に配置されている。
一方、カラートナーで形成される画像パターンによって反射される測定光を検出する場合において、カラートナーの特性としてカラートナーに照射された測定光はトナーによって拡散される。
【０００９】
図１１は画像パターンによって拡散反射される反射光の分布を示す図である。とくにカラートナーで形成された画像パターンに測定光を照射した場合には、発光部からの照射角度θ１を変化させても画像パターンＴによって拡散反射される反射光の分布は変化しない。
また、前記拡散反射される反射光の光量は画像パターンに対して直交方向への反射光量が最も大きくなる。前記検出手段（センサ）４を構成する発光部５と受光部６は、発光部５からの照射角度θ１が測定光を照射した時の画像パターンからの正反射成分が入らない位置に配置されている。
図１２は検出手段の発光部と受光部の配置の第２実施例を示す概略図である。この図において、測定光を照射したときの画像パターンＴからの反射光を受光する受光部６の受光角度θ２は、画像パターンに対して直交方向に配置されている。
これにより測定光をカラートナーによって形成される画像パターンＴに照射したときに得られる反射光量と画像パターンが形成されていない感光体に照射したときに得られる反射光量との差が大きくなる。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によれば、感光体を露光して潜像を形成し、前記潜像を現像してトナー像とし、このトナー像を転写手段によって転写紙に転写する画像形成装置において、現像した所定の画像パターンを測定光で照射する発光部と前記画像パターンで反射した測定光を受光して受光量に応じた出力を行う受光部とを有する反射型フォトセンサからなるトナー濃度および位置センサを備え、前記測定光を所定のエリアに照射するように制限する制限手段を有することによって高精度かつ安定した濃度検出が可能になり画像品質を向上できる。
請求項２によれば、前記画像パターンに照射する測定光を所定のエリアに照射するように制限する手段としてスリットを備えることで、高精度で安定した計測が可能になるとともに、安価な光源を使用することが可能になりトナー濃度センサのコストを低減することができる。
請求項３によれば、前記画像パターンに照射する測定光を所定のエリアに照射するように制限する手段として、感光体の回転方向の制限範囲に対して直交方向の制限範囲が広いエリアで照射するスリットを備えたことで、位置計測も可能になり安価なトナー濃度および位置センサを備えた画像形成装置を提供できる。
【００１１】
請求項４によれば、前記画像パターンは感光体の回転方向と直交方向の線が複数本描かれたパターンであり、前記画像パターンに照射する測定光を所定のエリアに照射するように制限する手段として、感光体の回転方向の制限範囲に対して直交方向の制限範囲画広く、前記感光上の回転方向の制限範囲は感光体上に描かれた線の幅より小さいエリアで照射するスリットを備えたことで、高精度かつ安定した計測が可能になり画像品質を向上できる。
請求項５によれば、前記露光手段により潜像を形成し前記現像手段によりトナー像として現像した所定の画像パターンを測定光で照射する発光部と前記画像パターンで反射した測定光を受光して受光量に応じた出力を行う受光部とを有する前記濃度センサは、前記画像パターンがブラックトナーで現像されている場合は、反射した測定光の正反射成分を検出する正反射型のセンサであり、前記発光部から照射する測定光の照射角度θ１および受光部で測定光を受光する受光角度θ２が可能な限り小さくなる位置に配置することで、画像パターンの位置濃度計測における計測感度が向上でき適切な調整を行うことが可能になることで画像品質を向上できる。
請求項６によれば、前記露光手段により潜像を形成し前記現像手段によりトナー像として現像した所定の画像パターンを測定光で照射する発光部と前記画像パターンで反射した測定光を受光して受光量に応じた出力を行う受光部とを有する前記濃度センサは、前記画像パターンがシアン、マゼンタ、イエロートナーで現像されている場合は、反射した測定光の拡散反射成分を検出する拡散反射型のセンサであり、前記発光部から照射する測定光の照射角度θ１は受光部で測定光を受光する際に正反射成分が検出されない角度であり、受光部で測定光を受光する受光角度θ２は、前記画像パターンに対して直交方向に配置されていることで、画像パターンの位置濃度計測における計測感度が向上でき適切な調整を行うことが可能になることで画像品質を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】カラー画像形成装置の作像部を示す概略図である。
【図２】画像パターンを示す図である。
【図３】検出手段の構成を示す概略図である。
【図４】画像パターンの詳細を示す図である。
【図５】図４の画像パターンの各矢印での出力例を示す図である。
【図６】スリットを示す平面図である。
【図７】画像パターンに照射される光の主走査方向のエリアを広げた場合を示す図である。
【図８】線の検出例を示す図である。
【図９】照射角度および受光角度と光量の関係を示す図である。
【図１０】検出手段の発光部と受光部の配置の第１実施例を示す概略図である。
【図１１】画像パターンによって拡散反射される反射光の分布を示す図である。
【図１２】検出手段の発光部と受光部の配置の第２実施例を示す概略図である。
【符号の説明】
１　作像ユニット
１ａ　感光体
２　露光手段
３　転写手段
４　検出手段（トナー濃度および位置センサ）
５　発光部（フォトセンサ）
６　受光部（フォトセンサ）
７　スリット（制限手段）
θ１　照射角度
θ２　受光角度
【図１】
2004138744.tif 000003
【図２】
2004138744.tif 000004
【図３】
2004138744.tif 000005
【図４】
2004138744.tif 000006
【図５】
2004138744.tif 000007
【図６】
2004138744.tif 000008
【図７】
2004138744.tif 000009
【図８】
2004138744.tif 000010
【図９】
2004138744.tif 000011
【図１０】
2004138744.tif 000012
【図１１】
2004138744.tif 000013
【図１２】
2004138744.tif 000014