(57)【要約】【目的】像担持体上に付着したカラートナーの量を光学的に高い精度で検出することができる、特に、トナーが像担持体表面を完全被覆するような高付着領域で高精度に検出できること。【構成】像担持体１上に形成されたトナーパターン像に発光素子２の光を照射し、その反射光を受光素子３で検出した結果によって作像条件を制御するトナー濃度検出装置であって、発光素子２と受光素子３は、共に指向特性を有し、且つ、発光素子２と受光素子３の光軸が交わる点Ｐが、像担持体１の表面上近傍にあり、この点Ｐにおける法線ｈに対して前記光軸を含む光軸平面Ｓ１を所定の条件の下に角ψだけ傾斜させる。【選択図】　　　　　　　　図３
2004004919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に形成されたトナーパターン像に発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出した結果によって作像条件を制御するトナー濃度検出装置を具備する画像形成装置において、
前記発光素子と前記受光素子は、共に指向特性を有し、且つ、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、略前記像担持体表面上にあり、この交点における法線と前記光軸を含む光軸平面の成す角ψが
１５°≦ψ＜９０°
の条件を満たすトナー濃度検出装置を具備した画像形成装置。
【請求項２】
像担持体上に形成されたトナーパターン像に発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出した結果によって作像条件を制御するトナー濃度検出装置を具備する画像形成装置において、
前記発光素子と前記受光素子は、共に比較的狭い指向特性を有していて、その広がり角は各々φ１、φ２であり、且つ、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、略前記像担持体表面上にあって、この交点における法線と前記光軸を含む光軸平面の成す角ψは、
ψ＞（φ１＋φ２）／２
の条件を満たすトナー濃度検出装置を具備した画像形成装置。
【請求項３】
像担持体上に形成されたトナーパターン像に発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出した結果によって作像条件を制御するトナー濃度検出装置を具備する画像形成装置において、
前記発光素子と前記受光素子は、共に比較的狭い指向特性を有していて、その広がり角は各々φ１、φ２であり、且つ、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、略前記像担持体表面の近傍にあって、像担持体の回転軸を含む平面と前記光軸を含む光軸平面の成す角ψは、
ψ＞（φ１＋φ２）／２
の条件を満たすトナー濃度検出装置を具備した画像形成装置。
【請求項４】
像担持体上に形成されたトナーパターン像に発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出した結果によって作像条件を制御するトナー濃度検出装置において、
前記発光素子と前記受光素子は、共に比較的狭い指向特性を有していて、その広がり角は各々φ１、φ２であり、且つ、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、略前記像担持体表面の近傍にあって、像担持体の回転軸に直交する平面と前記光軸を含む光軸平面の成す角ψは、
ψ＞（φ１＋φ２）／２
の条件を満たすことを特徴とするトナー濃度検出装置。
【請求項５】
像担持体上に形成された着色粒子パターンに発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出した結果によって作像条件を制御する装置において、上記発光素子の発光光束の広がりである指向性をφ１、上記受光素子の受光光束の広がりである指向性をφ２とし、上記発光光束と上記受光光束の各光軸が略同一平面としての光軸平面Ｓ１上に在り、かつ、上記発光素子と受光素子の光軸が互いに交わる交点Ｐが、上記像担持体表面上またはその近傍に在り、交点Ｐにおける上記像担持体の面と垂直をなす面と光軸平面Ｓ１のなす角をψとし、上記の受発光光束の広がりの広い方の素子の受発光面の直径をｄ、上記発光素子からの光が上記像担持体で反射され上記受光素子に到るまでの最短の光路長をρとしたとき、
ψ≧ｍｉｎ（φ１，φ２）／２，
但し、ｍｉｎ（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を表わす。
かつ、
ψ≧　ｔａｎ−１（ｄ／２ρ）／２
を満たすことを特徴とするトナー濃度検出装置。
【請求項６】
円筒状の像担持体上に形成されたトナーパターンに発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出した結果によって作像条件を制御する装置において、上記発光素子の発光光束の広がりである指向性をφ１、上記受光素子の受光光束の広がりである指向性をφ２とし、上記発光光束と上記受光光束の各光軸が略同一平面としての光軸平面Ｓ１上に在り、かつ、上記発光素子と受光素子の光軸が互いに交わる交点Ｐが、上記像担持体表面上またはその近傍に在り、前記像担持体の回転中心軸と前記点Ｐとを含む平面をＳａ、平面Ｓ１とＳａのなす角をψ、上記受発光光束の広がりの広い方の素子の受発光面の直径をｄ、上記発光素子からの光が上記像担持体で反射され上記受光素子に到るまでの最短の光路長をρとしたとき、
ψ≧ｍｉｎ（φ１，φ２）／２，
但し、ｍｉｎ（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を表わす。
かつ、
ψ≧　ｔａｎ−１（ｄ／２ρ）／２
を満たすことを特徴とするトナー濃度検出装置。
【請求項７】
円筒状の像担持体上に形成されたトナーパターンに発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出した結果によって作像条件を制御する装置において、上記発光素子の発光光束の広がりである指向性をφ１、上記受光素子の受光光束の広がりである指向性をφ２とし、上記発光光束と上記受光光束の各光軸が略同一平面としての光軸平面Ｓ１上に在り、かつ、上記発光素子と受光素子の光軸が互いに交わる交点Ｐが、上記像担持体表面上またはその近傍に在り、前記像担持体の回転中心軸と直交する平面をＳｔ、平面Ｓ１とＳｔとのなす角をψ、上記受発光光束の広がりの広い方の素子の受発光面の直径をｄ、上記発光素子からの光が上記像担持体で反射され上記受光素子に到るまでの最短の光路長をρとしたとき、
ψ≧ｍｉｎ（φ１，φ２）／２，
但し、ｍｉｎ（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を表わす。
かつ、
ψ≧　ｔａｎ−１（ｄ／２ρ）／２
を満たすことを特徴とするトナー濃度検出装置。
【請求項８】
上記発光素子と受光素子の各光軸が一平面内に含まれるように上記発光素子と受光素子を支持部材でユニット化し、上記発光素子の前方に集光光学素子を設けた請求項５、６又は７記載のトナー濃度検出装置。
【請求項９】
上記発光素子と受光素子の各光軸が一平面内に含まれるように上記発光素子と受光素子を支持部材でユニット化し、上記受光素子の前方に集光光学素子を設けた請求項５、６又は７記載のトナー濃度検出装置。
【請求項１０】
上記発光素子と受光素子の各光軸が一平面内に含まれるように上記発光素子と受光素子を支持部材でユニット化し、この受発光素子ユニットを上記像担持体に対して回転可能に支持した請求項５、６、７又は８記載のトナー濃度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、カラー複写機で代表される画像形成装置、及びこれに用いられ、発光素子と受光素子によって像担持体上のトナー濃度を検出し、それに応じて作像条件を制御するトナー濃度検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、トナーを含む現像剤を用いて像担持体たる感光体の表面に形成された静電潜像を現像する複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、静電潜像の現像に伴って現像器内に収容されている現像剤中に含まれているトナーが消費されるため、複写画像の濃度を常時一定に保つには、現像剤の消費量に応じて新たなトナーが補給されなければならない。
そのため、従来、現像剤中のトナー濃度と現像濃度（感光体へのトナー付着量）とが一定の比例関係にあることに着目して、複写すべき原稿を載せるための原稿台ガラスの近傍に設けた一定の濃度を有する基準チャートを、感光体上に露光、現像してトナー濃度検出用の基準パターン像を形成し、その濃度を光学的に検出して、検出値に応じてトナーの補給量を制御するようにしている。具体的には、基準パターン像の所定の９設定値の濃度と、トナー補給制御のために検出された基準パターン像の濃度とを比較し、後者の方が高ければトナー補給を止めるか補給量を減少させ、低ければトナー補給の再開あるいは補給量を増加させる。
【０００３】
一方、近年においては、赤、青等のモノカラーの複写器の開発が進められ、この種の複写機では、黒トナーの現像器とカラートナーの現像器とを任意に交換する方式、あるいは両現像器を併設してその作動を任意に切り替え制御する方式が採用されている。
従来、黒トナーの複写機において使用されている基準パターン像の濃度を検出する光学手段は、発光素子と受光素子とからなり、受光素子が発光素子からの正反射光を検出するように構成され、受発光光束の各光軸を含む光軸平面は像担持体の法線を含む平面と一致しいる。
しかし、カラートナーでの現像に際しては、カラートナーは乱反射を生じるため、像担持体としての感光体とカラートナーとの反射率にほとんど差がなく、図１３に示すように、破線で示すカラートナー（実線は黒トナー）は、トナー濃度と受光素子出力（正反射光量）との間で相関関係を得ることができず、カラートナーによる基準パターン像の濃度を検出することは不可能である。
【０００４】
その対策として、特開昭６１−２０９４７０号公報には、発光素子又は受光素子の少なくとも一方を、現像に黒トナーを使用している場合には受光素子が正反射光を受光するように、そして現像にカラートナーを使用している場合には、受光素子が乱反射光を受光するように上記光軸平面内で回転させて切り替え可能としたトナー濃度検出装置が開示されている。
また、特開昭６２−１６４０６６号公報には、像担持体上でのトナー付着量に応じて２次曲線状の赤外線フォトセンサ出力特性を有するモノカラートナーについて、画像濃度が増す時に、センサ出力も増すようなカラー特性領域で制御し、センサ出力が一定値を上まわるときはトナーの補給を制限する方法が、また、特開昭６２−２０９４７６号公報には、受光素子を２個用い、一方を正反射光、他方を乱反射光を受光するように配置し、両受光素子の出力信号の差に対応して現像装置のトナー供給量を制御する方法がそれぞれ開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のカラー濃度検出方法または装置においては、何れにしても、発光素子と受光素子の各光軸を含む光軸平面は、像担持体の法線を含む構成となっており、この光軸平面内で各素子の角度を変える方法を採っているため、狭いスペース内に機構を組み込まなければならない点や、構成が複雑になる等の問題点があり、さらなる簡単な構成が望まれるところであった。
そこで、この発明の目的は、上述した従来の問題点を解消して、像担持体上に付着したカラートナーの量（面密度）を光学的に高い精度で検出することができる、特に、トナーが像担持体表面を完全被覆するような高付着領域で高精度に検出できる簡単な構成のカラー濃度検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、画像形成装置において、像担持体上に形成されたトナーパターン像に発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出した結果によって作像条件を制御するトナー濃度検出装置において、前記発光素子と前記受光素子は、共に指向特性を有し、且つ、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、略前記像担持体表面上にあり、この交点における法線と前記光軸を含む光軸平面の成す角ψが、１５°≦ψ＜９０°の条件を満たすカラー濃度検出装置を具備する。
【０００７】
請求項２の発明は、画像形成装置において、像担持体上に形成されたトナーパターン像に発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出した結果によって作像条件を制御するトナー濃度検出装置において、前記発光素子と前記受光素子は、共に比較的狭い指向特性を有していて、その広がり角は各々φ１、φ２であり、且つ、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、略前記像担持体表面上にあって、この交点における法線と前記光軸を含む光軸平面の成す角ψは、ψ＞（φ１＋φ２）／２の条件を満たすカラー濃度検出装置を具備する。
【０００８】
請求項３の発明は、画像形成装置において、像担持体上に形成されたトナーパターン像に発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出した結果によって作像条件を制御するトナー濃度検出装置において、前記発光素子と前記受光素子は、共に比較的狭い指向特性を有していて、その広がり角は各々φ１、φ２であり、且つ、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、略前記像担持体表面の近傍にあって、像担持体の回転軸を含む平面と前記光軸を含む光軸平面の成す角ψは、ψ＞（φ１＋φ２）／２の条件を満たすカラー濃度検出装置を具備する。
【０００９】
請求項４の発明は、画像形成装置において、像担持体上に形成されたトナーパターン像に発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出した結果によって作像条件を制御するトナー濃度検出装置において、前記発光素子と前記受光素子は、共に比較的狭い指向特性を有していて、その広がり角は各々φ１、φ２であり、且つ、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、略前記像担持体表面の近傍にあって、像担持体の回転軸に直交する平面と前記光軸を含む光軸平面の成す角ψは、ψ＞（φ１＋φ２）／２の条件を満たすカラー濃度検出装置を具備する。
【００１０】
請求項５の発明は、画像形成装置のトナー濃度検出装置であって、像担持体上に形成された着色粒子パターンに発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出した結果によって作像条件を制御するトナー濃度検出装置において、上記発光素子の発光光束の広がりである指向性をφ１、上記受光素子の受光光束の広がりである指向性をφ２とし、上記発光光束と上記受光光束の各光軸が略同一平面としての光軸平面Ｓ１上に在り、かつ、上記発光素子と受光素子の光軸が互いに交わる交点Ｐが、上記像担持体表面上またはその近傍に在り、交点Ｐにおける上記像担持体の面と垂直をなす面と光軸平面Ｓ１のなす角をψとし、上記の受発光光束の広がりの広い方の素子の受発光面の直径をｄ、上記発光素子からの光が上記像担持体で反射され上記受光素子に到るまでの最短の光路長をρとしたとき、　　ψ≧ｍｉｎ（φ１，φ２）／２，
但し、ｍｉｎ（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を表わす。
【００１１】
かつ、
ψ≧　ｔａｎ−１（ｄ／２ρ）／２
を満たすように構成される。
【００１２】
請求項６の発明は、画像形成装置のトナー濃度検出装置であって、円筒状の像担持体上に形成されたトナーパターンに発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出した結果によって作像条件を制御するトナー濃度検出装置において、上記発光素子の発光光束の広がりである指向性をφ１、上記受光素子の受光光束の広がりである指向性をφ２とし、上記発光光束と上記受光光束の各光軸が略同一平面としての光軸平面Ｓ１上に在り、かつ、上記発光素子と受光素子の光軸が互いに交わる交点Ｐが、上記像担持体表面上またはその近傍に在り、前記像担持体の回転中心軸と前記点Ｐとを含む平面をＳａ、平面Ｓ１とＳａのなす角をψ、上記受発光光束の広がりの広い方の素子の受発光面の直径をｄ、上記発光素子からの光が上記像担持体で反射され上記受光素子に到るまでの最短の光路長をρとしたとき、
ψ≧ｍｉｎ（φ１，φ２）／２，
但し、ｍｉｎ（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を表わす。
【００１３】
かつ、
ψ≧　ｔａｎ−１（ｄ／２ρ）／２
を満たすように構成される。
【００１４】
請求項７の発明は、画像形成装置のトナー濃度検出装置であって、円筒状の像担持体上に形成されたトナーパターンに発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出した結果によって作像条件を制御するトナー濃度検出装置において、上記発光素子の発光光束の広がりである指向性をφ１、上記受光素子の受光光束の広がりである指向性をφ２とし、上記発光光束と上記受光光束の各光軸が略同一平面としての光軸平面Ｓ１上に在り、かつ、上記発光素子と受光素子の光軸が互いに交わる交点Ｐが、上記像担持体表面上またはその近傍に在り、前記像担持体の回転中心軸と直交する平面をＳｔ、平面Ｓ１とＳｔとのなす角をψ、上記受発光光束の広がりの広い方の素子の受発光面の直径をｄ、上記発光素子からの光が上記像担持体で反射され上記受光素子に到るまでの最短の光路長をρとしたとき、
ψ≧ｍｉｎ（φ１，φ２）／２，
但し、ｍｉｎ（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を表わす。
【００１５】
かつ、
ψ≧　ｔａｎ−１（ｄ／２ρ）／２
を満たすように構成される。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項５、６又は７記載のトナー濃度検出装置において、発光素子と受光素子の各光軸が一平面内に含まれるように発光素子と受光素子とを支持部材でユニット化し、発光素子の前方に集光光学素子を設けた構成を有する。
請求項９の発明は、請求項５、６又は７記載のトナー濃度検出装置において、上記発光素子と受光素子の各光軸が一平面内に含まれるように発光素子と受光素子を支持部材でユニット化し、受光素子の前方に集光光学素子を設けた構成を有する。
請求項１０の発明は、請求項５、６、７又は８記載のトナー濃度検出装置において発光素子と受光素子の各光軸が一平面内に含まれるように発光素子と受光素子を支持部材でユニット化し、この受発光素子ユニットを像担持体に対して回転可能に支持した構成を有する。
【００１７】
【作用】
請求項１の発明では、発光素子と受光素子は、共に指向特性を有していて、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、像担持体の略表面上にあり、この交点における法線と前記各光軸を含む光軸平面の成す角をψとすると、受光素子のカラートナーからの乱反射光に対する感度は、１５°≦ψ＜９０°の範囲で顕著に表れる。このため、前記光軸平面を回転させて、ψをこの範囲、例えば３０°以内に設定することにより、像担持体上に付着したカラートナーの量が光学的に高い精度で検出される。
【００１８】
請求項２の発明では、発光素子と受光素子は、共に比較的狭い指向特性を有していて、その広がり角は各々φ１、φ２であり、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、像担持体の略表面上にあり、この交点における法線と光軸平面なす角をψとすると、受光素子のカラートナーからの乱反射光に対する感度は、ψ＞（φ１＋φ２）／２の条件を満たす範囲で顕著に表れる。このため、前記光軸平面を回転させて、ψをこの範囲、例えば３０°内に設定することにより、像担持体上に付着したカラートナーの量が光学的に高い精度で検出される。
【００１９】
請求項３の発明は、発光素子と受光素子は、共に指向特性を有していて、その広がり角は各々φ１、φ２であり、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、像担持体の略表面の近傍にあって、像担持体の回転軸を含む平面と前記光軸を含む光軸平面のなす角をψとすると、受光素子のカラートナーからの乱反射光に対する感度は、ψ＞（φ１＋φ２）／２の条件を満たす範囲で顕著に表れる。このため、前記光軸平面を回転させて、ψをこの範囲、例えば３０°内に設定することにより、像担持体上に付着したカラートナーの量が光学的に高い精度で検出される。
【００２０】
請求項４の発明は、前記発光素子と前記受光素子は、共に指向特性を有していて、その広がり角は各々φ１、φ２であり、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、略前記像担持体表面の近傍にあって、像担持体の回転軸に直交する平面と前記光軸を含む光軸平面の成す角をψとすると、前記受光素子のカラートナーからの乱反射光に対する感度は、ψ＞（φ１＋φ２）／２の条件を満たす範囲で顕著に表れる。このため、前記光軸平面を回転させて、ψをこの範囲内に設定（例えば３０°）することにより、像担持体上に付着したカラートナーの量を光学的に高い精度で検出できる。
【００２１】
請求項５の発明は、発光素子の発光光束の広がり角をφ１、受光素子の受光光束の広がり角をφ２とし、上記発光光束と上記受光光束の各光軸が同一平面Ｓ１上に在り、かつ、上記各光軸が互いに交わる交点が、像担持体表近傍に在り、上記交点における像担持体の面と垂直をなす面と平面Ｓ１のなす角をψとし、受発光光束の広がりの広い方の素子の受発光面の直径をｄ、発光素子からの光が像担持体で反射され受光素子に到るまでの最短の光路長をρとしたとき、
ψ≧ｍｉｎ（φ１，φ２）／２，
但し、ｍｉｎ（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を表わす。
【００２２】
かつ、
ψ≧　ｔａｎ−１（ｄ／２ρ）／２
を満たすように構成されているので、像担持体表面による正反射光を受光することなく、像担持体上に付着したカラートナーの量が光学的に高い精度で検出される。
【００２３】
請求項６の発明は、発光素子の発光光束の広がりφ１、受光素子の受光光束の広がりをφ２とし、発光光束と受光光束の各光軸が同一平面Ｓ１上に在り、かつ、上記各光軸が互いに交わる交点Ｐが、円筒状の像担持体表面上近傍に在り、像担持体の回転中心軸と点Ｐとを含む平面をＳａ、平面Ｓ１とＳａのなす角をψ、受発光光束の広がりの広い方の素子の受発光面の直径をｄ、発光素子からの光が上記像担持体で反射され上記受光素子に到るまでの最短の光路長をρとしたとき、
ψ≧ｍｉｎ（φ１，φ２）／２，
但し、ｍｉｎ（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を表わす。
【００２４】
かつ、
ψ≧　ｔａｎ−１（ｄ／２ρ）／２
を満たすように構成されているので、円筒状の像担持体表面による正反射光を受光することなく、像担持体上に付着したカラートナーの量が光学的に高い精度で検出される。
【００２５】
請求項７の発明は、発光素子の発光光束の広がりをφ１、受光素子の受光光束の広がりをφ２とし、発光光束と受光光束の各光軸が同一平面Ｓ１上に在り、かつ、上記各光軸が互いに交わる交点Ｐが、円筒状の像担持体表面近傍に在り、像担持体の回転中心軸と直交する平面をＳｔ、平面Ｓ１とＳｔとのなす角をψ、上記受発光光束の広がりの広い方の素子の受発光面の直径をｄ、発光素子からの光が像担持体で反射され受光素子に到るまでの最短の光路長をρとしたとき、
ψ≧ｍｉｎ（φ１，φ２）／２，
但し、ｍｉｎ（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を表わす。
【００２６】
かつ、
ψ≧　ｔａｎ−１（ｄ／２ρ）／２
を満たすように構成されているので、円筒状の像担持体表面による正反射光を受光することなく、像担持体上に付着したカラートナーの量が光学的に高い精度で検出される。
【００２７】
【実施例】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。図１は、この発明が適用されるカラー画像形成装置を示しており、同図において、図示しないスキャナ部において、デジタル信号に変換された画像情報は、顕像パターンを形成する書込みユニット２２に送られる。この書込みユニット２２は、各色の画像情報を含むレーザ光２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２ＢＫを記録ユニット２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫに射出するものであり、記録ユニット２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫは同一平面上に一定の間隔で配置されている。各記録ユニット２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫは、それぞれ現像色が異なるものの電子写真方式の同一構成を有しており、例えば、記録ユニット２３Ｃは、感光体ドラム２４Ｃを帯電チャージャ２５Ｃによって何れかの階調に対応する電位で一様帯電し、書込みユニット２２からのレーザ光２２Ｃにより画像情報に応じた変調光を照射して感光体ドラム４Ｃを露光し、これによって感光体ドラム４Ｃに形成したシアン光像の静電潜像に対して、現像ユニット２６Ｃにより現像を行って顕像化する。
【００２８】
図示しない給紙部より送られた転写紙は、レジストローラ３０によりタイミングを合わせて駆動ローラ３４と従動ローラ３５に支張された転写ベルト１に送り出され、図中左方向に搬送されながら、感光体ドラム４ＢＫ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｙによって順にトナー像が転写された後、定着ローラ３２によって定着されて排紙される。
この転写ベルト１において、図２に示すように、発光素子２と受光素子３が、同ベルト１上の所定の点Ｐにおける垂線ｓとその光軸２ａと３ａとがなす角がそれぞれθ１とθ２となるように配置されている。この実施例で用いている発光素子２と受光素子３は、共に比較的広い指向性を有し、発光素子２の射出光の光量、又は受光素子３の受光域の感度が１／２になる角、つまり広がり角を各々φ１，φ２（例えば、φ１＝３０°、φ２＝２０°）としたとき、
（φ１＋φ２）／２＝２５°
の関係を持っている。
【００２９】
そして、図２の矢印Ａ方向から見た図３に示すように、点Ｐにおける法線ｈと光軸２ａ（３ａ）を含む平面Ｓ１とが角度ψをなすように発光素子２と受光素子３とが配置され、この実施例ではψ＝３０°に設定されている。この構成において、点Ｐにおける法線ｈと平面Ｓ１とのなす角度ψを変化させていったとき、図４に示すように、転写ベルト１をカラートナーが完全被覆している場合の特性線４０とトナー付着がない場合の特性線４１の比較から分かるように、カラートナーは乱反射であるため、角度ψが−１０度〜１０度の範囲では受光素子３の出力電圧の変化はあまり見られないが、上記の範囲の外側では、その変化は２つの特性線の値の差として最も顕著に表れている。したがって、この実施例のように、例えば、角度ψ＝３０°とすることにより、転写ベルト１上のトナー濃度が高感度に検知される。また、黒トナーを用いた場合は、正反射光であるので、角度ψ＝０°で最も感度良く検知できるため、黒トナーを用いた場合とカラートナーを用いた場合とで、ψの値を０°と３０°とで必要に応じて切り替える構成にすることもできる。
【００３０】
請求項２に基づく実施例について説明する。図５に示すように、発光素子２と受光素子３が、感光体ドラム４Ｃ（図１に示す感光体ドラムＢＫ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｙのうちの一例として用いる）上の所定の点Ｐにおける感光体ドラム４Ｃに対する垂線ｓとその光軸２ａと３ａとが成す角がそれぞれθ１とθ２となるように配置されている。この実施例で用いている発光素子２と受光素子３は、共に比較的受発光光束の広がりの狭い、つまり狭い指向性を有し、発光素子２の射出光の光量、又は受光素子３の受光域の感度が１／２になる角、すなわち広がり角を各々φ１，φ２（例えば、φ１＝８°、φ２＝１２°）としたとき、
（φ１＋φ２）／２＝１０°
の関係を持っている。
【００３１】
そして、図５の矢印Ａ方向から見た図６に示すように、点Ｐにおける法線（接線に垂直な直線）ｈと光軸２ａ（３ａ）を含む平面Ｓ１とが角度ψをなすように発光素子２と受光素子３とが配置され、この実施例ではψ＝３０°に設定されている。
この構成において、点Ｐにおける法線ｈと平面Ｓ１とが成す角度ψを変化させていったとき、図７に示すように、感光体ドラム４Ｃをカラートナーが完全被覆している場合の特性曲線４２、いくらかトナー付着がある場合の特性曲線４３、及びトナー付着がない場合の特性曲線４４の比較からわかるように、カラートナーは乱反射であるため、角度ψが０゜近傍、あるいは±３０°の近傍では受光素子３の出力電圧の変化は３つの特性曲線の値の差として顕著に表れているが、±１０°近傍では、その変化はあまり見られない。
角度ψ＝０°の時の受光素子３の出力とトナー濃度との関係は、図８に示すように、トナー付着量が０．５ｍｇ／ｃｍ２以上の多い所では、カラートナーの特性線５０と黒トナーの特性線５１から分かるように、受光素子３の出力はほとんど変化せず感度を持たない。したがって、この実施例のように、例えば、角度ψ＝３０°とすることにより、感光体ドラム４Ｃ上のトナー濃度が感度良く検知される。
【００３２】
請求項３に基づく実施例について説明する。この実施例の構成は、請求項２の実施例と略同様である。異なっている点は、図１０に示すように、発光素子２の光軸２ａと受光素子３の光軸３ａを含む平面Ｓ１が、感光体ドラム４Ｃの回転軸を含む平面Ｓａに対して角度ψをなすように限定されている点である。
図９に示すように、発光素子２と受光素子３が、感光体ドラム４Ｃ上の所定の点Ｐにおける垂線ｓとその光軸２ａと３ａとがなす角がそれぞれθ１とθ２となるように配置されている。この実施例に用いられている発光素子２と受光素子３は、共に比較的狭い指向性を有し、発光素子２の射出光の光量、又は受光素子３の受光域の感度が１／２になる角、つまり広がり角を各々φ１，φ２（例えば、φ１＝８°、φ２＝１２°）としたとき、
（φ１＋φ２）／２＝１０°
の関係を持っている。
そして、図９の矢印Ａ方向から見た図１０に示すように、感光体ドラム４Ｃの回転軸を含む平面Ｓａと光軸２ａ（３ａ）を含む平面Ｓ１とが角度ψをなすように発光素子２と受光素子３とが配置され、この実施例ではψ＝３０°に設定している。動作の説明は、請求項２と同様であるので省略する。
【００３３】
請求項４に基づく実施例について説明する。この実施例の構成は、請求項２の実施例と略同様であるが、異なっているのは、図１２に示すように、発光素子２の光軸２ａと受光素子３の光軸３ａを含む平面Ｓ１が、感光体ドラム４Ｃの回転軸に直交する平面Ｓｔに対して角度ψを成すように限定し、且つ、発光素子２の光軸２ａと受光素子３の光軸３ａとが交わる点Ｐ’は、感光体ドラム１表面上の点Ｐに限定されず、この点Ｐより感光体ドラム１の表面から内側にずれた位置、すなわち感光体ドラム１表面の近傍に設定されている点である。
【００３４】
図１１において、発光素子２と受光素子３の光軸２ａと３ａとが交わる点Ｐ’は、感光体ドラム４Ｃ上の法線ｈとの交点Ｐより感光体ドラム１の内側にずれた位置にあり、この点Ｐを通る法線ｈとその光軸２ａと３ａがなす角がそれぞれθ１とθ２となるように配置されている。この実施例で用いている発光素子２と受光素子３は、共に比較的狭い指向性を有し、発光素子２の射出光の光量、又は受光素子３の受光域の感度が１／２になる角、つまり広がり角を各々φ１，φ２（例えば、φ１＝８°、φ２＝１２°）としたとき、
（φ１＋φ２）／２＝１０°
の関係を持っている。
【００３５】
そして、図１１の矢印Ａ方向から見た図１２に示すように、点Ｐを含む感光体ドラム４Ｃの回転軸に直交する平面Ｓｔと光軸２ａ（３ａ）を含む平面Ｓとが角度ψを成すように発光素子２と受光素子３とが配置され、この実施例では、例えば、ψ＝３０°に設定している。
動作の説明は請求項２と同様であるので省略する。この場合、光軸２ａと３ａとが交わる点がＰ’の位置にずれているが、乱反射光を受光するので、受光素子３の感度には問題ない。但し、正反射センサとしては使用することができない。
【００３６】
請求項５に基づく実施例について説明する。
発光素子２と受光素子３は、図１４に示すように、受発光素子ユニット６０の支持部材６１に固定支持されている。発光素子２の前方には集光光学系としてのフレネルレンズ６２が、そして受光素子３の前方には防塵ガラス６３がそれぞれ配置されている。フレネルレンズ６２は、像担持体１の表面に細く絞った光束をＰ点に照射し、Ｐ点における光スポットを受光素子３が防塵ガラス６３を介して受光する。
ここで、発光素子２の指向性φ１を２°、受光素子３の指向性φ２を３０°、受光素子３の円形受光面の直径ｄを１．２ｍｍ、発光素子２からの光が像担持体１上の点Ｐで反射され受光素子３に到るまでの最短の光路長ρを１６ｍｍとすると、
φ１＜φ２
であるから、
ｍｉｎ（φ１，φ２）／２＝φ１／２＝１°
但し、ｍｉｎ（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を意味する。
であり、また、
ｔａｎ−１（ｄ／２ρ）／２＝ｔａｎ−１（１．２／２×１６）／２
＝１°
である。
【００３７】
図１５に、図３の像担持体１の交点Ｐにおける法線ｈと平面Ｓ１のなす角ψとセンサ出力電圧（検出光量に対応する）の関係を示す。曲線７０は、トナーがないときの出力電圧の特性曲線であって、Ｂ’ＡＢは像担持体１の正反射が主に検知できる領域であり、Ｃ’Ｂ’及びＢＣは像担持体１の乱反射のみが検知でできている領域である。曲線７１は、トナーが全面に付着しているときの特性を示す。出力電圧の特性曲線７１は、角ψにほとんど依存しない。トナーがないときの像担持体１の乱反射光成分も同様である。
【００３８】
ここで、角ψを１°よりも大きい値である２°に設定とすることで、発光素子２からの光が像担持体１で正反射して受光素子３に入ることはない。従って、図１３に示すような、既に説明した特性を得ることができる。
【００３９】
請求項６に基づく実施例について説明する。
発光素子２と受光素子３は、図１６に示すように、受発光素子ユニット１６０の支持部材１６１に固定支持されている。発光素子２の前方には防塵ガラス１６３が、そして受光素子３の前方には集光光学系としてのフレネルレンズ１６２がそれぞれ配置されている。フレネルレンズ１６２は、発光素子２により防塵ガラス１６３を介して像担持体１の表面に照射された光束の狭い領域からの光のみを受光素子３に入射させる。
【００４０】
ここで、発光素子２の円形発光面の直径ｄを１．６ｍｍ、指向性φ１を３０°、そして受光素子３の指向性φ２を２°、発光素子２からの光が像担持体１上の点Ｐで反射され受光素子３に到るまでの最短の光路長ρを２０ｍｍとすると、
φ１＞φ２
であるから、
ｍｉｎ（φ１，φ２）／２＝φ１／２＝１°
但し、ｍｉｎ（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を意味する。
【００４１】
であり、また、
2004004919.tif 000003
である。
【００４２】
図１８に、図３の像担持体１の交点Ｐにおける法線ｈと平面Ｓ１のなす角ψとセンサ出力電圧（検出光量に対応する）の関係を示す。曲線１７０は、トナーがないときの出力電圧の特性曲線であって、Ｂ’ＡＢは像担持体１の正反射が主に検知できる領域であり、Ｃ’Ｂ’及びＢＣは像担持体１の乱反射のみが検知でできている領域である。曲線１７１は、トナーが全面に付着しているときの特性を示す。
ここで、角ψ（図３の像担持体１の交点Ｐにおける法線ｈと平面Ｓ１のなす角）を１．２°よりも大きい値である２°に設定とすることで、発光素子２からの光が像担持体１で正反射して受光素子３に入ることはない。従って、図１３に示すような、既に説明した特性を得ることができる。
【００４３】
また、図１７に示すように、センサーとしての受発光素子ユニット１６０を像担持体１に関して回転可能に支持し、これを像担持体１に対して回転させ、正反射光と乱反射光をそれぞれ検知するようにすることもできる。図１８の特性曲線１７１は、像担持体１の法線ｈに対するセンサー光軸面（発光素子と受光素子の光軸を含む平面）の角度ηを回転させた時の受光素子出力特性を示す。図１５の特性曲線７１に対して、角度の大きいところでセンサ出力が下がる。これは、像担持体１とセンサーの距離が大きくなるからである。すなわち、センサ角度ηが変わると像担持体と受発光素子との距離も変化するため、角度ηの絶対値の大きい所でトナーが全面に付着している時の出力電圧が低下する。図１８からみて、η＝０°で正反射光を、η＞２°で乱反射光を検知すると良い。
【００４４】
請求項７に基づく実施例について説明する。
【００４５】
発光素子２と受光素子３は、図１４に示すように、受発光素子ユニット６０の支持部材６１に固定支持されている。発光素子２の前方にはフレネルレンズ６２が、そして受光素子３の前方には防塵ガラス６３がそれぞれ配置されている。フレネルレンズ６２は、円筒状の像担持体４ｃ（図１１）の表面に細く絞った光束をＰ点に照射し、Ｐ点における光スポットを受光素子３が受光する。
【００４６】
ここで、発光素子２の指向性φ１を２°、受光素子３の指向性φ２を３０°、受光素子３の円形受光面の直径ｄを１．２ｍｍ、発光素子２からの光が像担持体４ｃの表面で反射され受光素子３に到るまでの最短の光路長ρを１６ｍｍとすると、
φ１＜φ２
であるから、
ｍｉｎ（φ１，φ２）／２＝φ１／２＝１°
但し、ｍｉｎ（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を意味する。
【００４７】
であり、また、
2004004919.tif 000004
である。
図１５に、図１２に示す像担持体４ｃの点Ｐにおいて、回転中心軸と直交する平面Ｓｔと平面Ｓ１のなす角ψとセンサ出力電圧の関係を示す。
ここで、角ψを１．１°よりも大きい値である２°に設定とすることで、発光素子２からの光が像担持体で正反射して受光素子３に入ることはない。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、発光素子と受光素子は、共に指向特性を有し、且つ、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、略前記像担持体表面上にあり、この交点における法線と光軸平面の成す角ψが１５°≦ψ＞９０°の条件を満たす構成としたので、簡単な構成により、像担持体上に付着したカラートナーの量を光学的に高い精度で検出することができ、特に、トナーが像担持体表面を完全被覆するような高付着領域でも高精度に検出することができる。　また、従来のように、発光素子と受光素子を光軸平面内で回転させるのに比べて、光軸平面自体を回転させるので、比較的大きいスペースが取れて、しかも簡単な構成であり、組立て作業が容易になる。
さらに、ψ＝０°で正反射センサ、ψ＝ｘ°（ｘは上記範囲内）で乱反射センサとして、光軸平面を回転させるだけで使い分けることにより、正反射センサと乱反射センサの機能を同じ素子に兼ね備えさせることができる。
【００４９】
請求項２の発明によれば、発光素子と受光素子は、共に比較的狭い指向特性を有していて、その広がり角は各々φ１、φ２であり、且つ、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、略前記像担持体表面上にあって、この交点における法線と前記光軸を含む光軸平面の成す角ψは、ψ＞（φ１＋φ２）／２の条件を満たすので、請求項１と同様の効果を奏する。
【００５０】
請求項３の発明によれば、発光素子と受光素子は、共に比較的狭い指向特性を有していて、その広がり角は各々φ１、φ２であり、且つ、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、略前記像担持体表面の近傍にあって、像担持体の回転軸を含む平面と前記光軸を含む光軸平面の成す角ψは、ψ＞（φ１＋φ２）／２の条件を満たすので、請求項１と同様の効果を奏するものである。
【００５１】
請求項４の発明によれば、発光素子と受光素子は、共に比較的狭い指向特性を有していて、その広がり角は各々φ１、φ２であり、且つ、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、略前記像担持体表面の近傍にあって、像担持体の回転軸に直交する平面と前記光軸を含む光軸平面の成す角ψは、ψ＞（φ１＋φ２）／２の条件を満たすので、請求項１と同様の効果を奏する。
【００５２】
請求項５、６、７の発明によれば、発光素子の指向性をφ１、受光素子のそれをφ２、受発光素子の円形受発光面の直径をｄ、発光素子からの光が像担持体で反射され受光素子に到るまでの最短の光路長をρ、像担持体表面に対して垂直をなす面と受発光素子の光軸平面とのなす傾き角をψとしたとき、傾き角ψの値を、ｍｉｎ（φ１，φ２）／２（但し、ｍｉｎ（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を意味する。）とｔａｎ−１（ｄ／２ρ）／２との大きい方の値よりもら大きく設定することにより、発光素子からの光が像担持体で正反射して受光素子に入ることはなく、高精度でカラートナー濃度を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る実施例のカラー画像形成装置を示す概略構成図である。
【図２】請求項１に基づく実施例のカラー濃度検出装置を構成する発光素子と受光素子を示す構成図である。
【図３】図２をＡ方向から見たカラー濃度検出装置を示す構成図である。
【図４】像担持体の法線と光軸平面の成す角と受光素子の出力電圧の関係を示す特性線図である。
【図５】請求項２に基づく実施例の発光素子と受光素子を示す構成図である。
【図６】図５をＡ方向から見たカラー濃度検出装置を示す構成図である。
【図７】像担持体の法線と光軸平面の成す角と受光素子の出力電圧の関係を示す特性線図である。
【図８】像担持体上のトナー付着量と受光素子からの出力電圧の関係を示す特性線図である。
【図９】請求項３に基づく実施例の発光素子と受光素子を示す構成図である。
【図１０】図９をＡ方向から見た発光素子と受光素子を示す構成図である。
【図１１】請求項４に基づく実施例の発光素子と受光素子を示す構成図である。
【図１２】図１１をＡ方向から見た発光素子と受光素子を示す構成図である。
【図１３】従来の受光素子の出力電圧と像担持体上のトナー付着量との関係を示す特性線図である。
【図１４】発光素子と受光素子とを支持部材で一体化した受発光素子ユニットの一例を示す側面図である。
【図１５】濃度検知センサの像担持体表面に対する傾き角ψとセンサ出力電圧の関係を示す特性曲線である。
【図１６】発光素子と受光素子とを支持部材で一体化した受発光素子ユニットの他の例を示す側面図である。
【図１７】像担持体表面に対して回転させる受発光素子ユニットの一例を示す側面図である。
【図１８】濃度検知センサの像担持体表面に対する傾き角ψとセンサ出力電圧の関係を示す特性曲線である。
【符号の説明】
１、４ｃ　　　　　　像担持体
２　　　　　　　　　発光素子
３　　　　　　　　　受光素子
４Ｃ，４Ｍ，４Ｙ，４ＢＫ　像担持体
６０、１６０　　　　受発光素子ユニット
６１、１６１　　　　支持部材
６２、１６２　　　　フレネルレンズ
６３、１６３　　　　防塵ガラス
ψ　　　　　濃度検知センサの傾き角
Ｓ１　　　　光軸平面
ｄ　　　　　受発光素子の受発光面の直径
ρ　　　　　像担持体から受光素子までの最短距離
【図１】
2004004919.tif 000005
【図２】
2004004919.tif 000006
【図３】
2004004919.tif 000007
【図４】
2004004919.tif 000008
【図５】
2004004919.tif 000009
【図６】
2004004919.tif 000010
【図７】
2004004919.tif 000011
【図８】
2004004919.tif 000012
【図９】
2004004919.tif 000013
【図１０】
2004004919.tif 000014
【図１１】
2004004919.tif 000015
【図１２】
2004004919.tif 000016
【図１３】
2004004919.tif 000017
【図１４】
2004004919.tif 000018
【図１５】
2004004919.tif 000019
【図１６】
2004004919.tif 000020
【図１７】
2004004919.tif 000021
【図１８】
2004004919.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成15年8月6日(2003.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【特許請求の範囲】
【請求項１】像担持体上に形成されたトナーパターン像に発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出するトナーパターン像濃度検出装置において、
前記発光素子と前記受光素子の光軸が交わる点が、略前記像担持体表面上にあり、この交点を通る前記像担持体表面に対する法線と前記発光素子の光軸と前記受光素子の光軸を含む光軸平面の成す角ψが
１５°≦ψ＜９０°
の条件を満たすトナーパターン像濃度検出装置。
【請求項２】請求項１記載のトナーパターン像濃度検出装置を具備した画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、カラー複写機で代表される画像形成装置、及びこれに用いられ、発光素子と受光素子によって像担持体上のトナー濃度を検出し、それに応じて作像条件を制御するトナー濃度検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、トナーを含む現像剤を用いて像担持体たる感光体の表面に形成された静電潜像を現像する複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、静電潜像の現像に伴って現像器内に収容されている現像剤中に含まれているトナーが消費されるため、複写画像の濃度を常時一定に保つには、現像剤の消費量に応じて新たなトナーが補給されなければならない。
そのため、従来、現像剤中のトナー濃度と現像濃度（感光体へのトナー付着量）とが一定の比例関係にあることに着目して、複写すべき原稿を載せるための原稿台ガラスの近傍に設けた一定の濃度を有する基準チャートを、感光体上に露光、現像してトナー濃度検出用の基準パターン像を形成し、その濃度を光学的に検出して、検出値に応じてトナーの補給量を制御するようにしている。具体的には、基準パターン像の所定の９設定値の濃度と、トナー補給制御のために検出された基準パターン像の濃度とを比較し、後者の方が高ければトナー補給を止めるか補給量を減少させ、低ければトナー補給の再開あるいは補給量を増加させる。
【０００３】
一方、近年においては、赤、青等のモノカラーの複写器の開発が進められ、この種の複写機では、黒トナーの現像器とカラートナーの現像器とを任意に交換する方式、あるいは両現像器を併設してその作動を任意に切り替え制御する方式が採用されている。
従来、黒トナーの複写機において使用されている基準パターン像の濃度を検出する光学手段は、発光素子と受光素子とからなり、受光素子が発光素子からの正反射光を検出するように構成され、受発光光束の各光軸を含む光軸平面は像担持体の法線を含む平面と一致しいる。
しかし、カラートナーでの現像に際しては、カラートナーは乱反射を生じるため、像担持体としての感光体とカラートナーとの反射率にほとんど差がなく、図１３に示すように、破線で示すカラートナー（実線は黒トナー）は、トナー濃度と受光素子出力（正反射光量）との間で相関関係を得ることができず、カラートナーによる基準パターン像の濃度を検出することは不可能である。
【０００４】
その対策として、特開昭６１−２０９４７０号公報には、発光素子又は受光素子の少なくとも一方を、現像に黒トナーを使用している場合には受光素子が正反射光を受光するように、そして現像にカラートナーを使用している場合には、受光素子が乱反射光を受光するように上記光軸平面内で回転させて切り替え可能としたトナー濃度検出装置が開示されている。
また、特開昭６２−１６４０６６号公報には、像担持体上でのトナー付着量に応じて２次曲線状の赤外線フォトセンサ出力特性を有するモノカラートナーについて、画像濃度が増す時に、センサ出力も増すようなカラー特性領域で制御し、センサ出力が一定値を上まわるときはトナーの補給を制限する方法が、また、特開昭６２−２０９４７６号公報には、受光素子を２個用い、一方を正反射光、他方を乱反射光を受光するように配置し、両受光素子の出力信号の差に対応して現像装置のトナー供給量を制御する方法がそれぞれ開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のカラー濃度検出方法または装置においては、何れにしても、発光素子と受光素子の各光軸を含む光軸平面は、像担持体の法線を含む構成となっており、この光軸平面内で各素子の角度を変える方法を採っているため、狭いスペース内に機構を組み込まなければならない点や、構成が複雑になる等の問題点があり、さらなる簡単な構成が望まれるところであった。
そこで、この発明の目的は、上述した従来の問題点を解消して、像担持体上に付着したカラートナーの量（面密度）を光学的に高い精度で検出することができる、特に、トナーが像担持体表面を完全被覆するような高付着領域で高精度に検出できる簡単な構成のカラー濃度検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、像担持体上に形成されたトナーパターン像に発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出するトナーパターン像濃度検出装置において、前記発光素子と前記受光素子の光軸が交わる点が、略前記像担持体表面上にあり、この交点を通る前記像担持体表面に対する法線と前記発光素子の光軸と前記受光素子の光軸を含む光軸平面の成す角ψが、１５°≦ψ＜９０°の条件を満たすことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、画像形成装置において、請求項１記載のトナーパターン像濃度検出装置を具備したことを特徴とする。
【０００８】
【作用】
請求項１又は２の発明では、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、像担持体の略表面上にあり、この交点を通過する前記像担持体表面に対する法線と前記発光素子と前記受光素子の光軸を含む光軸平面の成す角をψとすると、受光素子のカラートナーからの乱反射光に対する感度は、１５°≦ψ＜９０°の範囲で顕著に表れる。このため、前記光軸平面を回転させて、ψをこの範囲、例えば３０°以内に設定することにより、像担持体上に付着したカラートナーの量が光学的に高い精度で検出される。
【０００９】
【実施例】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。図１は、この発明が適用されるカラー画像形成装置を示しており、同図において、図示しないスキャナ部において、デジタル信号に変換された画像情報は、顕像パターンを形成する書込みユニット２２に送られる。この書込みユニット２２は、各色の画像情報を含むレーザ光２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２ＢＫを記録ユニット２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫに射出するものであり、記録ユニット２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫは同一平面上に一定の間隔で配置されている。各記録ユニット２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫは、それぞれ現像色が異なるものの電子写真方式の同一構成を有しており、例えば、記録ユニット２３Ｃは、感光体ドラム２４Ｃを帯電チャージャ２５Ｃによって何れかの階調に対応する電位で一様帯電し、書込みユニット２２からのレーザ光２２Ｃにより画像情報に応じた変調光を照射して感光体ドラム４Ｃを露光し、これによって感光体ドラム４Ｃに形成したシアン光像の静電潜像に対して、現像ユニット２６Ｃにより現像を行って顕像化する。
【００１０】
図示しない給紙部より送られた転写紙は、レジストローラ３０によりタイミングを合わせて駆動ローラ３４と従動ローラ３５に支張された転写ベルト１に送り出され、図中左方向に搬送されながら、感光体ドラム４ＢＫ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｙによって順にトナー像が転写された後、定着ローラ３２によって定着されて排紙される。
この転写ベルト１において、図２に示すように、発光素子２と受光素子３が、同ベルト１上の所定の点Ｐにおける垂線ｓとその光軸２ａと３ａとがなす角がそれぞれθ１とθ２となるように配置されている。この実施例で用いている発光素子２と受光素子３は、共に比較的広い指向性を有し、発光素子２の射出光の光量、又は受光素子３の受光域の感度が１／２になる角、つまり広がり角を各々φ１，φ２（例えば、φ１＝３０°、φ２＝２０°）としたとき、
（φ１＋φ２）／２＝２５°
の関係を持っている。
【００１１】
そして、図２の矢印Ａ方向から見た図３に示すように、点Ｐにおける法線ｈと光軸２ａ（３ａ）を含む平面Ｓ１とが角度ψをなすように発光素子２と受光素子３とが配置され、この実施例ではψ＝３０°に設定されている。この構成において、点Ｐにおける法線ｈと平面Ｓ１とのなす角度ψを変化させていったとき、図４に示すように、転写ベルト１をカラートナーが完全被覆している場合の特性線４０とトナー付着がない場合の特性線４１の比較から分かるように、カラートナーは乱反射であるため、角度ψが−１０度〜１０度の範囲では受光素子３の出力電圧の変化はあまり見られないが、上記の範囲の外側では、その変化は２つの特性線の値の差として最も顕著に表れている。したがって、この実施例のように、例えば、角度ψ＝３０°とすることにより、転写ベルト１上のトナー濃度が高感度に検知される。また、黒トナーを用いた場合は、正反射光であるので、角度ψ＝０°で最も感度良く検知できるため、黒トナーを用いた場合とカラートナーを用いた場合とで、ψの値を０°と３０°とで必要に応じて切り替える構成にすることもできる。
【００１２】
参考例１について説明する。図５に示すように、発光素子２と受光素子３が、感光体ドラム４Ｃ（図１に示す感光体ドラムＢＫ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｙのうちの一例として用いる）上の所定の点Ｐにおける感光体ドラム４Ｃに対する垂線ｓとその光軸２ａと３ａとが成す角がそれぞれθ１とθ２となるように配置されている。この例で用いている発光素子２と受光素子３は、共に比較的受発光光束の広がりの狭い、つまり狭い指向性を有し、発光素子２の射出光の光量、又は受光素子３の受光域の感度が１／２になる角、すなわち広がり角を各々φ１，φ２（例えば、φ１＝８°、φ２＝１２°）としたとき、
（φ１＋φ２）／２＝１０°
の関係を持っている。
【００１３】
そして、図５の矢印Ａ方向から見た図６に示すように、点Ｐにおける法線（接線に垂直な直線）ｈと光軸２ａ（３ａ）を含む平面Ｓ１とが角度ψをなすように発光素子２と受光素子３とが配置され、この例ではψ＝３０°に設定されている。
この構成において、点Ｐにおける法線ｈと平面Ｓ１とが成す角度ψを変化させていったとき、図７に示すように、感光体ドラム４Ｃをカラートナーが完全被覆している場合の特性曲線４２、いくらかトナー付着がある場合の特性曲線４３、及びトナー付着がない場合の特性曲線４４の比較からわかるように、カラートナーは乱反射であるため、角度ψが０゜近傍、あるいは±３０°の近傍では受光素子３の出力電圧の変化は３つの特性曲線の値の差として顕著に表れているが、±１０°近傍では、その変化はあまり見られない。
角度ψ＝０°の時の受光素子３の出力とトナー濃度との関係は、図８に示すように、トナー付着量が０．５ｍｇ／ｃｍ２以上の多い所では、カラートナーの特性線５０と黒トナーの特性線５１から分かるように、受光素子３の出力はほとんど変化せず感度を持たない。したがって、この例のように、例えば、角度ψ＝３０°とすることにより、感光体ドラム４Ｃ上のトナー濃度が感度良く検知される。
【００１４】
参考例２について説明する。この例の構成は、参考例１と略同様である。異なっている点は、図１０に示すように、発光素子２の光軸２ａと受光素子３の光軸３ａを含む平面Ｓ１が、感光体ドラム４Ｃの回転軸を含む平面Ｓａに対して角度ψをなすように限定されている点である。
図９に示すように、発光素子２と受光素子３が、感光体ドラム４Ｃ上の所定の点Ｐにおける垂線ｓとその光軸２ａと３ａとがなす角がそれぞれθ１とθ２となるように配置されている。この例に用いられている発光素子２と受光素子３は、共に比較的狭い指向性を有し、発光素子２の射出光の光量、又は受光素子３の受光域の感度が１／２になる角、つまり広がり角を各々φ１，φ２（例えば、φ１＝８°、φ２＝１２°）としたとき、
（φ１＋φ２）／２＝１０°
の関係を持っている。
そして、図９の矢印Ａ方向から見た図１０に示すように、感光体ドラム４Ｃの回転軸を含む平面Ｓａと光軸２ａ（３ａ）を含む平面Ｓ１とが角度ψをなすように発光素子２と受光素子３とが配置され、この例ではψ＝３０°に設定している。動作の説明は、参考例１と同様であるので省略する。
【００１５】
参考例３について説明する。この例の構成は、参考例１の例と略同様であるが、異なっているのは、図１２に示すように、発光素子２の光軸２ａと受光素子３の光軸３ａを含む平面Ｓ１が、感光体ドラム４Ｃの回転軸に直交する平面Ｓｔに対して角度ψを成すように限定し、且つ、発光素子２の光軸２ａと受光素子３の光軸３ａとが交わる点Ｐ’は、感光体ドラム１表面上の点Ｐに限定されず、この点Ｐより感光体ドラム１の表面から内側にずれた位置、すなわち感光体ドラム１表面の近傍に設定されている点である。
【００１６】
図１１において、発光素子２と受光素子３の光軸２ａと３ａとが交わる点Ｐ’は、感光体ドラム４Ｃ上の法線ｈとの交点Ｐより感光体ドラム１の内側にずれた位置にあり、この点Ｐを通る法線ｈとその光軸２ａと３ａがなす角がそれぞれθ１とθ２となるように配置されている。この例で用いている発光素子２と受光素子３は、共に比較的狭い指向性を有し、発光素子２の射出光の光量、又は受光素子３の受光域の感度が１／２になる角、つまり広がり角を各々φ１，φ２（例えば、φ１＝８°、φ２＝１２°）としたとき、
（φ１＋φ２）／２＝１０°
の関係を持っている。
【００１７】
そして、図１１の矢印Ａ方向から見た図１２に示すように、点Ｐを含む感光体ドラム４Ｃの回転軸に直交する平面Ｓｔと光軸２ａ（３ａ）を含む平面Ｓとが角度ψを成すように発光素子２と受光素子３とが配置され、この例では、例えば、ψ＝３０°に設定している。
動作の説明は参考例１と同様であるので省略する。この場合、光軸２ａと３ａとが交わる点がＰ’の位置にずれているが、乱反射光を受光するので、受光素子３の感度には問題ない。但し、正反射センサとしては使用することができない。
【００１８】
参考例４について説明する。
発光素子２と受光素子３は、図１４に示すように、受発光素子ユニット６０の支持部材６１に固定支持されている。発光素子２の前方には集光光学系としてのフレネルレンズ６２が、そして受光素子３の前方には防塵ガラス６３がそれぞれ配置されている。フレネルレンズ６２は、像担持体１の表面に細く絞った光束をＰ点に照射し、Ｐ点における光スポットを受光素子３が防塵ガラス６３を介して受光する。
ここで、発光素子２の指向性φ１を２°、受光素子３の指向性φ２を３０°、受光素子３の円形受光面の直径ｄを１．２ｍｍ、発光素子２からの光が像担持体１上の点Ｐで反射され受光素子３に到るまでの最短の光路長ρを１６ｍｍとすると、
φ１＜φ２
であるから、
ｍｉｎ（φ１，φ２）／２＝φ１／２＝１°
但し、ｍｉｎ（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を意味する。
であり、また、
2004004919.tif 000023
である。
【００１９】
図１５に、図３の像担持体１の交点Ｐにおける法線ｈと平面Ｓ１のなす角ψとセンサ出力電圧（検出光量に対応する）の関係を示す。曲線７０は、トナーがないときの出力電圧の特性曲線であって、Ｂ´ＡＢは像担持体１の正反射が主に検知できる領域であり、Ｃ´Ｂ´及びＢＣは像担持体１の乱反射のみが検知でできている領域である。曲線７１は、トナーが全面に付着しているときの特性を示す。出力電圧の特性曲線７１は、角ψにほとんど依存しない。トナーがないときの像担持体１の乱反射光成分も同様である。
【００２０】
ここで、角ψを１°よりも大きい値である２°に設定とすることで、発光素子２からの光が像担持体１で正反射して受光素子３に入ることはない。従って、図１３に示すような、既に説明した特性を得ることができる。
【００２１】
参考例５について説明する。
【００２２】
発光素子２と受光素子３は、図１６に示すように、受発光素子ユニット１６０の支持部材１６１に固定支持されている。発光素子２の前方には防塵ガラス１６３が、そして受光素子３の前方には集光光学系としてのフレネルレンズ１６２がそれぞれ配置されている。フレネルレンズ１６２は、発光素子２により防塵ガラス１６３を介して像担持体１の表面に照射された光束の狭い領域からの光のみを受光素子３に入射させる。
ここで、発光素子２の円形発光面の直径ｄを１．６ｍｍ、指向性φ１を３０°、そして受光素子３の指向性φ２を２°、発光素子２からの光が像担持体１上の点Ｐで反射され受光素子３に到るまでの最短の光路長ρを２０ｍｍとすると、
φ１＞φ２
であるから、
ｍｉｎ（１φ，φ２）／２＝φ１／２＝１°
但し、ｍｉｎ（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を意味する。
【００２３】
であり、また、
2004004919.tif 000024
である。
【００２４】
図１８に、図３の像担持体１の交点Ｐにおける法線ｈと平面Ｓ１のなす角ψとセンサ出力電圧（検出光量に対応する）の関係を示す。曲線１７０は、トナーがないときの出力電圧の特性曲線であって、Ｂ´ＡＢは像担持体１の正反射が主に検知できる領域であり、Ｃ´Ｂ´及びＢＣは像担持体１の乱反射のみが検知でできている領域である。曲線１７１は、トナーが全面に付着しているときの特性を示す。
ここで、角ψ（図３の像担持体１の交点Ｐにおける法線ｈと平面Ｓ１のなす角）を１．２°よりも大きい値である２°に設定とすることで、発光素子２からの光が像担持体１で正反射して受光素子３に入ることはない。従って、図１３に示すような、既に説明した特性を得ることができる。
【００２５】
また、図１７に示すように、センサーとしての受発光素子ユニット１６０を像担持体１に関して回転可能に支持し、これを像担持体１に対して回転させ、正反射光と乱反射光をそれぞれ検知するようにすることもできる。図１８の特性曲線１７１は、像担持体１の法線ｈに対するセンサー光軸面（発光素子と受光素子の光軸を含む平面）の角度ηを回転させた時の受光素子出力特性を示す。図１５の特性曲線７１に対して、角度の大きいところでセンサ出力が下がる。これは、像担持体１とセンサーの距離が大きくなるからである。すなわち、センサ角度ηが変わると像担持体と受発光素子との距離も変化するため、角度ηの絶対値の大きい所でトナーが全面に付着している時の出力電圧が低下する。図１８からみて、η＝０°で正反射光を、η＞２°で乱反射光を検知すると良い。
【００２６】
参考例６について説明する。
【００２７】
発光素子２と受光素子３は、図１４に示すように、受発光素子ユニット６０の支持部材６１に固定支持されている。発光素子２の前方にはフレネルレンズ６２が、そして受光素子３の前方には防塵ガラス６３がそれぞれ配置されている。フレネルレンズ６２は、円筒状の像担持体４ｃ（図１１）の表面に細く絞った光束をＰ点に照射し、Ｐ点における光スポットを受光素子３が受光する。
【００２８】
ここで、発光素子２の指向性φ１を２°、受光素子３の指向性φ２を３０°、受光素子３の円形受光面の直径ｄを１．２ｍｍ、発光素子２からの光が像担持体４ｃの表面で反射され受光素子３に到るまでの最短の光路長ρを１６ｍｍとすると、
φ１＜φ２
であるから、
ｍｉｎ（φ１，φ２）／２＝φ１／２＝１°
但し、ｍｉｎ（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を意味する。
【００２９】
であり、また、
2004004919.tif 000025
である。
図１５に、図１２に示す像担持体４ｃの点Ｐにおいて、回転中心軸と直交する平面Ｓｔと平面Ｓ１のなす角ψとセンサ出力電圧の関係を示す。
ここで、角ψを１．１°よりも大きい値である２°に設定とすることで、発光素子２からの光が像担持体で正反射して受光素子３に入ることはない。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１又は２記載の発明によれば、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、略前記像担持体表面上にあり、この交点を通る前記像担持体表面に対する法線と前記発光素子の光軸と前記受光素子の光軸を含む光軸平面の成す角ψが１５°≦ψ＜９０°の条件を満たす構成としたので、簡単な構成により、像担持体上に付着したカラートナーの量を光学的に高い精度で検出することができ、特に、トナーが像担持体表面を完全被覆するような高付着領域でも高精度に検出することができる。
また、従来のように、発光素子と受光素子を光軸平面内で回転させるのに比べて、光軸平面自体を回転させるので、比較的大きいスペースが取れて、しかも簡単な構成であり、組立て作業が容易になる。
さらに、ψ＝０°で正反射センサ、ψ＝ｘ°（ｘは上記範囲内）で乱反射センサとして、光軸平面を回転させるだけで使い分けることにより、正反射センサと乱反射センサの機能を同じ素子に兼ね備えさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る実施例のカラー画像形成装置を示す概略構成図である。
【図２】請求項１に基づく実施例のカラー濃度検出装置を構成する発光素子と受光素子を示す構成図である。
【図３】図２をＡ方向から見たカラー濃度検出装置を示す構成図である。
【図４】像担持体の法線と光軸平面の成す角と受光素子の出力電圧の関係を示す特性線図である。
【図５】参考例１の発光素子と受光素子を示す構成図である。
【図６】図５をＡ方向から見たカラー濃度検出装置を示す構成図である。
【図７】像担持体の法線と光軸平面の成す角と受光素子の出力電圧の関係を示す特性線図である。
【図８】像担持体上のトナー付着量と受光素子からの出力電圧の関係を示す特性線図である。
【図９】参考例２の発光素子と受光素子を示す構成図である。
【図１０】図９をＡ方向から見た発光素子と受光素子を示す構成図である。
【図１１】参考例３の発光素子と受光素子を示す構成図である。
【図１２】図１１をＡ方向から見た発光素子と受光素子を示す構成図である。
【図１３】従来の受光素子の出力電圧と像担持体上のトナー付着量との関係を示す特性線図である。
【図１４】発光素子と受光素子とを支持部材で一体化した受発光素子ユニットの一例を示す側面図である。
【図１５】濃度検知センサの像担持体表面に対する傾き角ψとセンサ出力電圧の関係を示す特性曲線である。
【図１６】発光素子と受光素子とを支持部材で一体化した受発光素子ユニットの他の例を示す側面図である。
【図１７】像担持体表面に対して回転させる受発光素子ユニットの一例を示す側面図である。
【図１８】濃度検知センサの像担持体表面に対する傾き角ψとセンサ出力電圧の関係を示す特性曲線である。
【符号の説明】
１、４ｃ　　　　　　像担持体
２　　　　　　　　　発光素子
３　　　　　　　　　受光素子
４Ｃ，４Ｍ，４Ｙ，４ＢＫ　像担持体
６０、１６０　　　　受発光素子ユニット
６１、１６１　　　　支持部材
６２、１６２　　　　フレネルレンズ
６３、１６３　　　　防塵ガラス
ψ　　　　　濃度検知センサの傾き角
Ｓ１　　　　光軸平面
ｄ　　　　　受発光素子の受発光面の直径
ρ　　　　　像担持体から受光素子までの最短距離