(57)【要約】【課題】  感光体や転写媒体などの像担持体上に付着するトナー量を高精度に測定することができる画像形成装置を提供する。【解決手段】  相互に異なる２種類のトナー量検出（１）、（２）が予め用意されている。発光素子から像担持体に向けて光が照射されるとともに、この像担持体で反射された光が偏光ビームスプリッターによってｐ偏光とｓ偏光とに分割され、ｐ，ｓ偏光の光量がそれぞれ受光ユニットによって検出される。そして、像担持体に付着しているトナーのトナー色に応じてトナー量検出が選択され、受光した光量に基づきトナー量を求める。したがって、各トナー色に対応した最適な検出フローでトナー量を検出することができ、トナー量をより高精度に測定することができる。【選択図】  図９
2005043917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数色のトナーの各々を用いて各色のトナー像を像担持体上に形成するとともに、該複数色のトナー像を重ね合わせてカラー画像を形成する画像形成装置において、
前記像担持体に光を照射する発光素子と、
前記像担持体からの反射光に含まれる光成分のうち互いに異なる第１および第２光成分の光量をそれぞれ検出する反射光量検出手段と、
トナー量を検出するための検出処理として互いに異なる複数のトナー量検出処理を実行可能に構成されており、前記像担持体上に付着するトナーのトナー色に応じて前記複数のトナー量検出処理のうちの一の検出処理を選択的に実行する制御手段と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記第１光成分の光量を示す信号として前記反射光量検出手段から出力される第１光量信号のダイナミックレンジが、前記第２光成分の光量を示す信号として前記反射光量検出手段から出力される第２光量信号のダイナミックレンジよりも大きい場合に、
前記制御手段は、前記像担持体に付着している測定対象トナーがブラックトナーである際には、前記第１光成分の光量のみに基づきブラックトナー量を求める一方、前記測定対象トナーがブラックトナー以外のトナーである際には、前記第１光成分の光量および前記第２光成分の光量との光量比を算出し、当該光量比に基づき前記像担持体上に付着するトナー量を求める請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記発光素子は前記像担持体への照射光量を変更可能に構成されるとともに、
前記制御手段は、前記測定対象トナーがブラックトナーである際には前記測定対象トナーがブラックトナー以外のトナーである際の照射光量よりも高い照射光量で前記発光素子から前記像担持体に光が照射されるように、前記発光素子を制御する請求項２記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、感光体や転写媒体などの像担持体に付着するトナー量を測定する画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、複写機およびファクシミリ装置などの電子写真方式の画像形成装置では、画像濃度の安定化などを図るために、感光体や転写媒体などの像担持体に付着するトナー量を測定している。このようにトナー量を測定する具体的な構成としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。この装置では、発光素子から感光体（像担持体）に向けて光を照射するとともに、感光体で反射された光をｐ偏光とｓ偏光とに分割し、ｐ偏光の光量をｐ偏光用受光ユニットにより、またｓ偏光の光量をｓ偏光用受光ユニットによって検出している。そして、両光量の差分に基づき感光体上のトナー量を求めている。
【０００３】
ここで、受光ユニットとしては例えば図２１に示すようなものが従来より多用されている。図２１は従来の受光ユニットの電気的構成を示す図である。この受光ユニットでは、フォトダイオードなどの受光素子ＰＳのアノード端子は電流−電圧（Ｉ／Ｖ）変換回路を構成するオペアンプＯＰの非反転入力端子と接地電位とに接続されている。また、受光素子ＰＳのカソード端子は、オペアンプＯＰの反転入力端子に接続されているとともに、抵抗Ｒを介してオペアンプＯＰの出力端子に接続されている。このため、受光素子ＰＳに光が入射されて光電流ｉが流れると、オペアンプＯＰの出力端子からの出力電圧Ｖ0は、
Ｖ0＝ｉ・Ｒ
となり、反射光量に対応した信号が受光ユニットから出力される。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２９２７１号公報（[００１４]〜[００１９]、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように構成された受光ユニットでは、その出力信号レベル、例えば出力電圧は受光量、つまり感光体からの反射光量にほぼ比例して変化するので、通常、受光ユニットの回路は図２２の実線に示すような特性の検出信号が得られるように構成する。しかしながら、受光ユニットやその他の回路素子のばらつき、環境条件による特性変化、耐久劣化による特性変化等によっては図２２の破線や一点鎖線のような特性になる場合がある。
【０００６】
図２２の一点鎖線のような特性の場合について考える。仮に、図２１の回路が（＋１５Ｖ）の電源と（−１５Ｖ）の電源を用いるような両電源回路で構成されていたとすると、反射光量がゼロの時、マイナスの電圧が出力されることになる。しかし、両電源回路は電源部のコストが上昇するため、現実の装置では（＋５Ｖ）電源のみのような片電源の回路で構成することが多い。ところが、片電源の場合、図２２の一点鎖線の特性を考えると、出力電圧レベルがゼロのまま変化しない、いわゆる不感帯の領域ができてしまう。すなわち、反射光量が小さくなってしまうようなトナー量に対してはトナー量測定ができないという問題があった。特に、高濃度のブラックトナーを検出しようとする際には、ブラックトナーが光を吸収してしまう性質上、反射光量の減少が激しく、上記の問題が顕著なものとなる。
【０００７】
また、次のような問題も存在する。すなわち、周辺温度や湿度などの環境因子や発光素子などの経時変化などの影響によって感光体や転写像担持体への照射光量が変動することがあり、その変動によってトナー量を誤検出してしまうことがある。例えば感光体への照射光量が減少すると、それに応じてｐ偏光およびｓ偏光の光量も減少して光量の差分が変化してしまう。その結果、差分に基づき算出されるトナー量も変動してしまい、測定精度の面で劣っている。
【０００８】
また、カラー画像形成装置では、感光体や転写媒体などの像担持体にはカラートナーやブラックトナーが付着するが、カラートナーとブラックトナーとでは反射特性が異なっている。したがって、反射光量に基づきトナー量を測定する場合、各トナー色ごとに最適なトナー量検出が存在する。しかしながら、上記した従来技術では画一的なトナー量検出しか実行されておらず、測定精度の向上の余地が十分に残されている。
【０００９】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、感光体や転写媒体などの像担持体上に付着するトナー量を高精度に測定することができる画像形成装置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】
【００１０】
この発明は、複数色のトナーの各々を用いて各色のトナー像を像担持体上に形成するとともに、該複数色のトナー像を重ね合わせてカラー画像を形成する画像形成装置であって、上記目的を達成するため、前記像担持体に光を照射する発光素子と、前記像担持体からの反射光に含まれる光成分のうち互いに異なる第１および第２光成分の光量をそれぞれ検出する反射光量検出手段と、トナー量を検出するための検出処理として互いに異なる複数のトナー量検出処理を実行可能に構成されており、前記像担持体上に付着するトナーのトナー色に応じて前記複数のトナー量検出処理のうちの一の検出処理を選択的に実行する制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
このように構成された発明では、相互に異なる複数のトナー量検出処理が用意されており、像担持体に付着しているトナーのトナー色に応じてトナー量検出処理が選択的に実行される。そのため、各トナー色に対応した最適な検出フローでトナー量を検出することができ、トナー量の測定精度を高めることができる。
【００１２】
ここで、具体的なトナー量検出処理としては、測定対象トナーがブラックトナーであるか、それ以外のトナー色であるかに応じて相互に異なる処理を用いることができる。たとえば、像担持体に付着している測定対象トナーがブラックトナーである際に適した処理としてダイナミックレンジが比較的広い第１光成分の光量のみに基づきブラックトナー量を求める処理を用いることができる。一方、測定対象トナーがブラックトナー以外のトナーである際に適した処理として第１光成分の光量および第２光成分の光量との光量比を算出し、当該光量比に基づき像担持体上に付着するトナー量を求める処理を用いることができる。
【００１３】
また、ブラックトナーは他のトナー色に比べて反射光量の減少率が高いため、測定対象トナーがブラックトナーである際には測定対象トナーがブラックトナー以外のトナーである際の照射光量よりも高い照射光量で発光素子から像担持体に光が照射される構成することで、ブラックトナー量の測定精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
Ａ．第１実施形態
図１は、この発明にかかる画像形成装置の第１実施形態を示す図である。この画像形成装置には、ＬＥＤなどの発光素子１が設けられ、感光体や中間転写ベルトなどの像担持体２に向けて光を照射している。また、この実施形態では、照射光の照射光量を調整するために、偏光ビームスプリッター３、照射光量モニタ用受光ユニット４および照射光量調整ユニット５が設けられている。
【００１５】
この偏光ビームスプリッター３は、同図に示すように、発光素子１と像担持体２との間に配置されており、像担持体２上における照射光の入射面に平行な偏光方向を有するｐ偏光と、垂直な偏光方向を有するｓ偏光とに分割している。そして、ｐ偏光についてはそのまま像担持体２に入射する一方、ｓ偏光については偏光ビームスプリッター３から取り出された後、照射光量モニタ用の受光ユニット４に入射され、この受光ユニット４から照射光量に比例した信号が照射光量調整ユニット５に出力される。この信号を受け取った照射光量調整ユニット５は、ＣＰＵ６１およびメモリ６２を備えて装置全体を制御する制御ユニット６からの光量制御信号Ｓlcとに基づき発光素子１をフィードバック制御して発光素子１から像担持体２に照射される照射光量を光量制御信号Ｓlcに対応する値に調整する。このように、この実施形態では、照射光量を広範囲に変更調整することができる。
【００１６】
また、この実施形態では、照射光量モニタ用受光ユニット４に設けられた受光素子４２の出力側に入力オフセット電圧４１が印加されており、光量制御信号Ｓlcがある信号レベルを超えない限り、発光素子１が消灯状態に維持されるように構成されている。その具体的な電気的構成は図２に示す通りであり、従来の受光ユニット（図２１）と次の点で相違している。すなわち、図２１に示す従来の受光ユニットでは受光素子ＰＳのアノード端子とオペアンプＯＰの非反転入力端子とはともに接地電位に直接接続されているのに対し、この実施形態ではオフセット電圧４１が介挿されている。このため、受光ユニット４からの出力電圧Ｖ0は、
Ｖ0＝ｉ・Ｒ＋Ｖoff
（ただし、Ｖoffはオフセット電圧値である）
となる。このように構成した理由について以下説明する。
【００１７】
入力オフセット電圧４１を印加しない場合には、図３の破線で示すような光量特性を示す。つまり、光量制御信号Ｓlc(0)を制御ユニット６から照射光量調整ユニット５に与えると、発光素子１は消灯状態となり、光量制御信号Ｓlcの信号レベルを高めると、発光素子１は点灯し、像担持体２上への照射光量も信号レベルにほぼ比例して増大する。しかしながら、光量特性は周辺温度の影響や照射光量調整ユニット５の構成などによって図３に示す一点鎖線や二点鎖線のように平行シフトすることがあり、仮に同図の一点鎖線のようにシフトしてしまうと、制御ユニット６から消灯指令、つまり光量制御信号Ｓlc(0)を与えているにもかかわらず、発光素子１が点灯していることがある。これに対し、本実施形態の如く、入力オフセット電圧４１を印加して予め同図の右手側にシフトさせて不感帯（信号レベルＳlc(0)〜Ｓlc(1)）を設けている場合（同図の実線）には、制御ユニット６から消灯指令、つまり光量制御信号Ｓlc(0)を与えることで確実に発光素子１を消灯することができ、装置の誤作動を未然に防止することができる。
【００１８】
一方、信号レベルＳlc(1)を超える光量制御信号Ｓlcが制御ユニット６から照射光量調整ユニット５に与えられると、発光素子１は点灯し、像担持体２にｐ偏光が照射光として照射される。すると、このｐ偏光は像担持体２で反射され、反射光量検出ユニット７で反射光の光成分のうちｐ偏光の光量とｓ偏光の光量とが検出され、各光量に対応する信号が制御ユニット６に出力される。
【００１９】
この反射光量検出ユニット７は、図１に示すように、反射光の光路上に配置された偏光ビームスプリッター７１と、偏光ビームスプリッター７１を通過するｐ偏光を受光し、そのｐ偏光の光量に対応する信号を出力する受光ユニット７０ｐと、偏光ビームスプリッター７１で分割されたｓ偏光を受光し、そのｓ偏光の光量に対応する信号を出力する受光ユニット７０ｓとを備えている。この受光ユニット７０ｐでは、受光素子７２ｐが偏光ビームスプリッター７１からのｐ偏光を受光し、その受光素子７２ｐからの出力をアンプ回路７３ｐで増幅した後、その増幅信号をｐ偏光の光量に相当する信号として受光ユニット７０ｐから出力している。また、受光ユニット７０ｓは受光ユニット７０ｐと同様に受光素子７２ｓおよびアンプ回路７３ｓを有している。このため、反射光の光成分のうち互いに異なる２つの成分光（ｐ偏光とｓ偏光）の光量を独立して求めることができる。
【００２０】
また、この実施形態では、受光素子７２ｐ，７２ｓの出力側に出力オフセット電圧７４ｐ，７４ｓがそれぞれ印加されており、アンプ回路７３ｐ，７３ｓから制御ユニット６に与えられる信号の出力電圧Ｖp，Ｖsは図４に示すようにプラス側にオフセットされている。各受光ユニット７０ｐ，７０ｓの具体的な電気的構成については、受光ユニット４と同一であるため、ここでは図示説明を省略する。このように構成された受光ユニット７０ｐ，７０ｓにおいても、受光ユニット４と同様に、反射光量がゼロであるときであっても、各出力電圧Ｖp，Ｖsはゼロ以上の値を有し、しかも反射光量の増大に比例して出力電圧Ｖp，Ｖsも増大する。このように出力オフセット電圧７４ｐ，７４ｓを印加することで図２２の不感帯の影響を確実に排除することができ、反射光量に応じた出力電圧を出力することができる。
【００２１】
これら出力電圧Ｖp，Ｖsの信号は制御ユニット６に入力され、Ａ／Ｄ変換された後、次の動作フローにしたがって像担持体２上に付着するトナー量が制御ユニット６によって求められる。以下、図５および図６を参照しつつトナー量の測定方法について詳述する。
【００２２】
図５は図１に示す画像形成装置の動作を示すフローチャートである。この装置では、制御ユニット６は、トナー量測定に先立って、消灯指令に相当する光量制御信号Ｓlc(0)を照射光量調整ユニット５に出力して発光素子１を消灯する（ステップＳ１）。特に、この実施形態では上述したように、入力オフセット電圧４１を印加することで不感帯（信号レベルＳlc(0)〜Ｓlc(1)）が設定されているので、光量制御信号Ｓlc(0)を与えた際に発光素子１が確実に消灯される。
【００２３】
そして、この消灯状態でのｐ偏光の光量を示す出力電圧Ｖp0と、ｓ偏光の光量を示す出力電圧Ｖs0とを検出し、制御ユニット６のメモリ６２に記憶する（ステップＳ２）。すなわち、消灯状態でのセンサ出力、つまり暗出力情報を検出して記憶している。
【００２４】
そして、ステップＳ３を実行して像担持体２上に付着しているトナー量を求める。図６はトナー量検出（１）の動作を示すフローチャートである。このトナー量検出（１）では、光量制御信号Ｓlcとして不感帯を超える信号レベルの信号Ｓlc(2)を設定し、この光量制御信号Ｓlc(2)を照射光量調整ユニット５に与えて発光素子１を点灯させる（ステップＳ３１）。すると、発光素子１からの光が像担持体２に照射されるとともに、像担持体２で反射された光のｐ偏光およびｓ偏光の光量が反射光量検出ユニット７によって検出され、各光量に対応する出力電圧Ｖp，Ｖsが制御ユニット６に入力される（ステップＳ３２）。
【００２５】
そこで、制御ユニット６はｐ偏光に関して出力電圧Ｖpから暗出力電圧Ｖp0を差し引いてトナー量に対応するｐ偏光の光量を表す光量信号ＳigＰ2を求めている（ステップＳ３３）。また、ｓ偏光についても、ｐ偏光と同様に、出力電圧Ｖsから暗出力電圧Ｖs0を差し引いてトナー量に対応するｓ偏光の光量を表す光量信号ＳigＳ2を求めている（ステップＳ３３）。このように、この実施形態では、測定された出力電圧Ｖp，Ｖsから暗出力電圧Ｖp0，Ｖs0を取り除いているので、トナー量に対応する光量を精度良く求めることができ、例えば装置周辺温度などの周辺環境や装置構成部品の経時変化などによって暗出力が変動したとしても、その影響を受けることなく、トナー量に対応する出力を得ることができる。
【００２６】
ここで、カラートナー量が最大値に設定されている時の各光量信号値ＳigＰ2，ＳigＳ2がともに同一値（ＳigＰ2＝ＳigＳ2）となるように各アンプ回路７３ｐ、７３ｓのゲインを設定した場合、トナー量に対する光量信号値ＳigＰ，ＳigＳの変化を図示するとカラートナーに関しては図７、ブラックトナーに関しては図８のようになる。これらのグラフから明らかなように、トナー量の変化に応じて光量信号ＳigＰ2，ＳigＳ2も大きく変化し、特にカラートナーについては出力比（＝ＳigＰ2／ＳigＳ2）はトナー量の増大にしたがって減少（図示なし）し、トナー量最大で「１」（ＳigＰ2＝ＳigＳ2）となる。
【００２７】
次のステップＳ３４では、上記のようにして補正された光量信号ＳigＰ2，ＳigＳ2の比を求め、その出力比（＝ＳigＰ2／ＳigＳ2）に基づきトナー量Ｄ1（図７および図８参照）を検出する（ステップＳ３５）。
【００２８】
以上のように、この第１実施形態では、像担持体２からの反射光の光成分のうち第１光成分としてのｐ偏光の光量（光量信号ＳigＰ2）および第２光成分としてのｓ偏光の光量（光量信号ＳigＳ2）を独立して求め、それらの出力比（＝ＳigＰ2／ＳigＳ2）に基づき像担持体２上に付着するトナー量を測定しているので、ノイズの影響や像担持体２への照射光量の変動の影響を受け難く、高精度なトナー量測定が可能となる。
【００２９】
また、この第１実施形態では、予め暗出力電圧Ｖp0，Ｖs0を暗出力情報として求めておき、実際のトナー量測定の際に検出される出力電圧（受光量情報）Ｖp，Ｖsから暗出力電圧Ｖp0，Ｖs0を差し引いて補正していることから、暗出力電圧Ｖp0，Ｖs0の影響を排除してトナー量測定精度をより一層向上させることができる。
【００３０】
また、暗出力を求める際には、発光素子１を確実に消灯する必要があるが、この第１実施形態によれば、上記したように入力オフセット電圧４１を印加することで発光素子１を確実に消灯することができる。
【００３１】
なお、上記実施形態では、出力比（＝ＳigＰ2／ＳigＳ2）に基づきトナー量を求めているが、もちろん出力比（＝Ｖs2／Ｖp2）に基づきトナー量を求めたり、ｐ偏光の光量とｓ偏光の光量との相関関係に基づきトナー量を求めるようにしてもよい。このように出力比や相関関係に基づきトナー量を求める場合には、予めトナー量が既知の標準試料などを用いて各トナー量での出力比や相関関係を求めておき、メモリ６２に記憶しておけばよい。このような変形態様については、後で説明する実施形態においても共通するものである。
【００３２】
Ｂ．第２実施形態
ところで、上記第１実施形態では、像担持体２に付着しているトナーのトナー色とは無関係にトナー量検出（１）を実行してトナー量を測定しているが、図７および図８からわかるようにカラートナー（図７）とブラックトナー（図８）とでトナー量に対する出力電圧の変化の様子が相違している。そこで、第２実施形態では、２種類のトナー量検出（１）、（２）を予め用意し、像担持体２に付着しているトナーのトナー色に応じてトナー量検出を選択的に実行している。以下、図９および図１０を参照しつつ第２実施形態について詳述する。なお、この第２実施形態ならびに後で説明する第３および第４実施形態では、画像形成装置の電気的および光学的構成は第１実施形態のそれらと全く同一であるため、それらの説明については省略し、具体的なトナー量測定フローを中心に説明する。
【００３３】
図９はこの発明にかかる画像形成装置の第２実施形態の動作を示すフローチャートである。この実施形態では、第１実施形態と同様に、ステップＳ１、Ｓ２を実行して消灯状態でのセンサ出力、つまり暗出力電圧Ｖp0，Ｖs0を検出して記憶している。そして、次のステップＳ４で像担持体２に付着しているトナーがカラートナーであるのか、ブラックトナーであるのかを判断する。この種の画像形成装置では、像担持体２にトナー像を形成する手順を記憶したシーケンス制御情報を保持しており、現在作成中のトナー色に関する情報はもとより、センサの対面に位置するトナー像のトナー色に関する情報も含まれているため、このトナー色情報に基づき制御ユニット６がステップＳ４の判断を実行すればよい。
【００３４】
このステップＳ４で、像担持体２上に付着するトナーがカラートナーであると判断したときには、ステップＳ３に進んでトナー量検出（１）を実行する。なお、このトナー量検出動作については、第１実施形態のそれと全く同一であるため、ここでは説明を省略する。一方、ステップＳ４で、像担持体２上に付着するトナーがブラックトナーであると判断したときには、ステップＳ５に進んでトナー量検出（２）を実行する。
【００３５】
図１０は、図９のトナー量検出（２）の動作を示すフローチャートである。このトナー量検出（２）では、光量制御信号Ｓlcとして不感帯を超える信号レベルの信号Ｓlc(2)を設定し、この光量制御信号Ｓlc(2)を照射光量調整ユニット５に与えて発光素子１を点灯させる（ステップＳ５１）。すると、発光素子１からの光が像担持体２に照射されるとともに、像担持体２で反射された光のｐ偏光およびｓ偏光の光量が反射光量検出ユニット７によって検出され、各光量に対応する出力電圧Ｖp，Ｖsが制御ユニット６に入力されるが、このトナー量検出（２）ではｐ偏光の出力電圧Ｖpのみを検出する（ステップＳ５２）。
【００３６】
次のステップＳ５３では、ｐ偏光に関して出力電圧Ｖpから暗出力電圧Ｖp0を差し引いてブラックトナー量に対応するｐ偏光の光量を表す光量信号ＳigＰ2を求めている（ステップＳ５３）。このように、この実施形態においても、第１実施形態と同様に、測定された出力電圧Ｖpから暗出力電圧Ｖp0を取り除いているので、ブラックトナー量に対応する光量を精度良く求めることができ、例えば装置周辺温度などの周辺環境や装置構成部品の経時変化などによって暗出力が変動したとしても、その影響を受けることなく、ブラックトナー量を反映した出力を得ることができる。
【００３７】
次のステップＳ５４では、上記のようにして補正された光量信号ＳigＰ2に基づきトナー量Ｄ1を検出する。というのも、ブラックトナーが像担持体２に付着する場合には、図８に示すように、ブラックトナー量の増大にしたがってｐ偏光およびｓ偏光の出力電圧は単調減少するからである。また、ｐ偏光の出力電圧とｓ偏光の出力電圧とを対比した場合、ｐ偏光のダイナミックレンジがｓ偏光のそれよりも大きくなっているため、より広いダイナミックレンジを有するｐ偏光の出力電圧に基づきトナー量を検出することでより高精度なトナー量検出が可能となる。
【００３８】
なお、上記実施形態ではビームスプリッタの特性によりｐ偏光のダイナミックレンジがｓ偏光のそれより大きくなっているが、別の特性を持つビームスプリッタを用いるなどしてｓ偏光のダイナミックレンジがｐ偏光のそれを上回る場合もありえる。その場合はｓ偏光の出力電圧に基づくトナー量検出も可能である。
【００３９】
以上のように、この第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果に加え、次のような作用効果が得られる。すなわち、第２実施形態では、相互に異なる２種類のトナー量検出（１）、（２）を予め用意し、像担持体２に付着しているトナーのトナー色に応じてトナー量検出を選択的に実行するように構成しているので、各トナー色に対応した最適な検出フローでトナー量を検出することができ、トナー量をより高精度に測定することができる。
【００４０】
Ｃ．第３実施形態
ところで、トナー量に対する出力電圧の減少率は、例えば図１１の破線に示すように、高濃度領域では中濃度や低濃度側に比べて小さくなっており、例えば第２実施形態の如く光量制御信号Ｓlc(2)を照射光量調整ユニット５に与えて発光素子１を点灯させた場合の高濃度領域ＴＲに対応する出力変化幅ＤＲ(p2）を有することとなる。その結果、高濃度領域でのトナー量の測定精度は中濃度や低濃度領域でのそれに比べて低下する。そこで、以下に説明する第３実施形態では、高濃度のブラックトナー量を測定する際には照射光量を高めて高濃度領域での出力変化幅を広げることで高濃度領域ＴＲでの測定精度の向上を図っている。
【００４１】
図１２はこの発明にかかる画像形成装置の第３実施形態の動作を示すフローチャートである。この実施形態では、ステップＳ１、Ｓ２を実行して消灯状態でのセンサ出力、つまり暗出力電圧Ｖp0，Ｖs0を検出して記憶している。そして、次のステップＳ４で像担持体２に付着しているトナーがカラートナーであるのか、ブラックトナーであるのかを判断し、像担持体２上に付着するトナーがカラートナーであると判断したときには、ステップＳ３に進んでトナー量検出（１）を実行する。なお、このトナー量検出動作については、第１実施形態のそれと全く同一であるため、ここで説明を省略する。一方、ステップＳ４で、像担持体２上に付着するトナーがブラックトナーであると判断したときには、ステップＳ６に進む。
【００４２】
このステップＳ６では、像担持体２の付着するトナーの濃度が高濃度であるのか、中濃度または低濃度であるのかを判断する。この種の画像形成装置では、像担持体２に形成するトナー像に関する画像情報を保持する手段を備えている。この画像情報に基づけばトナー像のトナー濃度に関して大まかな判断をすることができるので、この画像情報に基づき制御ユニット６がステップＳ６の判断を実行すればよい。
【００４３】
そして、ステップＳ６で中濃度または低濃度であると判断したときには、ステップＳ５に進んでトナー量検出（２）を実行する。なお、このトナー量検出動作については、第２実施形態のそれと全く同一であるため、ここで説明を省略する。一方、ステップＳ６で、高濃度であると判断したときにはステップＳ７に進んでトナー量検出（３）を実行する。
【００４４】
図１３は図１２のトナー量検出（３）の動作を示すフローチャートである。このトナー量検出（３）では、トナー像を形成する前に以下の作業をしておく。まず、光量制御信号Ｓlcとして不感帯を超える信号レベルの信号Ｓlc(3)を設定し、この光量制御信号Ｓlc(3)を照射光量調整ユニット５に与えて発光素子１を点灯させるとともに、ｐ偏光の出力電圧Ｖp3を検出する。また、これに続いて光量制御信号Ｓlcとして光量制御信号Ｓlc(3)を超える信号レベルの信号Ｓlc(4)を設定し、この光量制御信号Ｓlc(4)を照射光量調整ユニット５に与えて発光素子１を点灯させるとともに、ｐ偏光の出力電圧Ｖp4を検出する（ステップＳ７１）。
【００４５】
そして、これらの検出結果から光量制御特性を導出する（ステップＳ７２）。具体的には、図１４に示すように、光量制御信号Ｓlc(3)での出力電圧Ｖp3と、光量制御信号Ｓlc(4)での出力電圧Ｖp4と、暗出力Ｖp0とに基づき光量制御特性を決定し、不感帯の上限値Ｓlc(1)を求める。それに続いて、照射光量を増大させるために光量制御信号の信号レベルを第１および第２実施形態での信号レベルＳlc(2)から信号レベルＳlc(5)に増大させる（ステップＳ７３）。例えば、光量アップ倍率を３倍とするときには、図３に示すように、光量制御信号Ｓlc(5)は次式
Ｓlc(5)＝Ｓlc(1)＋３×（Ｓlc(2)−Ｓlc(1)）
で求められる値に設定される。そして、この変更後の光量制御信号Ｓlc(5)を照射光量調整ユニット５に与えて発光素子１を点灯させる。すると、発光素子１からの光が像担持体２に照射されるとともに、像担持体２で反射された光のｐ偏光およびｓ偏光の光量が反射光量検出ユニット７によって検出され、各光量に対応する出力電圧Ｖp，Ｖsが制御ユニット６に入力されるが、光量制御信号の変更によって像担持体２への照射光量が高くなり、その結果、ｐ偏光の出力電圧が図１１の実線に示す如く高電圧側にシフトするとともに、高濃度領域ＴＲに対する出力電圧の変化幅ＤＲ(p5)が広がる。さらに、光量制御信号は光量制御信号特性を導出した上で設定値を変更しているため、トナー量に対して高精度な出力電圧を得ることができる。
【００４６】
次のステップＳ７４では、トナー像を形成した後、そのトナー像におけるｐ偏光の出力電圧Ｖpを検出する。それに続いて、この出力電圧Ｖpから暗出力電圧Ｖp0を差し引いて高濃度領域におけるブラックトナー量に対応するｐ偏光の光量信号ＳigＰ5を求めている（ステップＳ７５）。このように、この実施形態においても、第１実施形態と同様に、測定された出力電圧Ｖpから暗出力電圧Ｖp0を取り除いているので、ブラックトナー量に対応する光量を精度良く求めることができ、例えば装置周辺温度などの周辺環境や装置構成部品の経時変化などによって暗出力が変動したとしても、その影響を受けることなく、ブラックトナー量を反映した出力を得ることができる。
【００４７】
こうして検出した光量信号ＳigＰ5は照射光量を増大させた状態での値であるため、次のステップＳ７６では、光量アップ倍率を考慮した上でトナー量を検出する（ステップＳ７６）。
【００４８】
以上のように、この第３実施形態によれば、第１および第２実施形態と同様の作用効果に加え、次のような作用効果が得られる。すなわち、第３実施形態では、高濃度のブラックトナーが像担持体２上に付着しているときには、照射光量を高めて高濃度領域ＴＲに対するｐ偏光の出力電圧の変化幅ＤＲ(p2)からより広い変化幅ＤＲ(p5)に広げてトナー量の測定を行っているので、中濃度や低濃度領域のみならず高濃度領域においても高精度なトナー量測定を行うことができる。つまり、トナー濃度にかかわらずブラックトナー量を高精度で測定することができる。さらに、照射光量を高める際に光量制御信号特性を導出した上で光量設定値を変更しているため、より高精度なトナー量測定をすることができる。
【００４９】
なお、上記第３実施形態では、光量アップ倍率を「３倍」としているが、光量アップ倍率はこれに限定されるものではなく、任意の倍率で光量をアップさせることができる。
【００５０】
また、上記第３実施形態では反射光量の減少が激しいブラックトナーの測定に関して説明してきたが、カラートナーの測定においても高濃度領域の出力変化幅の減少は避けることができない。したがって、図１２のステップＳ４で「カラー」と判断された場合にも「ブラック」の場合に説明した方法と同様な処理を適用することにより、カラートナーのトナー量をより高精度に測定することができることは言うまでもない。
【００５１】
Ｄ．第４実施形態
ところで、上記第１ないし第３実施形態では、トナー量が最大値に設定されているときの各光量信号（Ｖp−Ｖp0，Ｖs−Ｖs0）がともに同一値となるように各アンプ回路７３ｐ，７３ｓのゲインを設定しているが、この場合、図１５の破線で示すように、ｓ偏光の出力電圧のダイナミックレンジＤＲ(g0)は比較的狭くなっている。しかし、アンプ回路７３ｓのゲインを高めると、同図の実線に示すようにｓ偏光の出力電圧のダイナミックレンジはダイナミックレンジＤＲ(g1)に広がり、トナー量をより高精度に測定することが可能となる。具体的には、この改良実施形態では、トナー量検出（１）の代わりに図１６に示すトナー量検出（４）が実行される。
【００５２】
図１６はトナー量検出（４）の動作を示すフローチャートである。このトナー量検出（４）では、光量制御信号Ｓlcとして不感帯を超える信号レベルの信号Ｓlc(2)を設定し、この光量制御信号Ｓlc(2)を照射光量調整ユニット５に与えて発光素子１を点灯させる（ステップＳ８１）。すると、発光素子１からの光が像担持体２に照射されるとともに、像担持体２で反射された光のｐ偏光およびｓ偏光の光量が反射光量検出ユニット７によって検出され、各光量に対応する出力電圧Ｖp，Ｖsが制御ユニット６に入力される（ステップＳ８２）。なお、この改良実施形態では、予めアンプ回路７３ｓのゲインが第１実施形態におけるゲインのＭ倍（Ｍ＞１）に設定されているため、ｓ偏光の出力電圧のダイナミックレンジはダイナミックレンジＤＲ(g0)からダイナミックレンジＤＲ(g1)に高められている。
【００５３】
次のステップＳ８３で、次式にしたがってｐ偏光の光量信号ＳigＰ2およびｓ偏光の光量信号ＳigＳ2を求める。
【００５４】
ＳigＰ2＝Ｖp−Ｖp0
ＳigＳ2＝（Ｖs−Ｖs0）／Ｍ
そして、上記のようにして補正された光量信号ＳigＰ2，ＳigＳ2の比を求め（ステップＳ８４）、その出力比（＝ＳigＰ2／ＳigＳ2）に基づきトナー量を検出する（ステップＳ８５）。
【００５５】
Ｅ．その他
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、受光ユニット４，７０ｐ，７０ｓが図２に示すように構成されており、各受光ユニット４，７０ｐ，７０ｓのオペアンプＯＰから受光量（反射光量）に応じた出力電圧Ｖ0が出力される。ここで、図１７に示すようにオペアンプＯＰの出力端子と接地電位との間に可変抵抗ＶＲを追加すれば、次のような作用効果が得られる。つまり、図１７の受光ユニットでは、可変抵抗ＶＲを操作することによって当該出力端子と受光素子ＰＳ（実施形態における４２，７２ｐ，７２ｓ）のカソード端子との間の合成抵抗Ｒ′を変更し、ゲイン調整を行うことができる。そのため、ゲイン調整によって反射光量に対する出力電圧Ｖ0の出力態様を図１８に示すように変更することができる。したがって、装置構成に応じて受光ユニットのゲインを調整することにより適切で、しかも高精度なトナー量測定が可能となる。
【００５６】
また、図１７に示す受光ユニットによれば、出力電圧Ｖ0は
Ｖ0＝ｉ・Ｒ′＋ｋ・Ｖoff
（ただし、ｋはオペアンプＯＰと抵抗ＶＲによる正帰還増幅率である）
となり、反射光量がゼロである場合であっても、ゲインを高く設定することでオフセット電圧は高くなってしまう。そのため、反射光量が中・高領域では出力電圧が飽和してしまい、測定可能な範囲が狭まってしまう。
【００５７】
そこで、このような問題を解消するためには、図１９に示すように可変抵抗ＶＲをオペアンプＯＰの非反転入力端子と出力端子との間に介挿すればよい。このように構成された受光ユニットでは、出力端子から出力される電圧Ｖ0は、
Ｖ0＝ｉ・Ｒ′＋Ｖoff
となり、反射光量に対する出力電圧Ｖ0は図２０に示すように変化する。つまり、反射光量がゼロであるときのオフセット電圧は常に電圧Ｖoffとなり、上記問題を解消することができる。
【００５８】
また、上記実施形態では、偏光ビームスプリッター３によって照射光からｓ偏光を完全に取り除くことを前提として説明したが、実際上は完全に分離することは難しく、照射光にｓ偏光が含まれることがある。このようにｐ偏光とｓ偏光とが１：ｎ（ただし、ｎ＜１）の比で含まれる照射光を用いても上記実施形態と同様にしてトナー量を測定することができる。また、像担持体２への照射光としてｐ偏光を採用しているが、ｓ偏光のみからなる照射光や、ｐ偏光とｓ偏光とがｍ：１（ただし、ｍ＜１）の比で含まれる照射光を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】この発明にかかる画像形成装置の第１実施形態を示す図。
【図２】図１の画像形成装置で採用されている受光ユニットの電気的構成を示す図。
【図３】図１の画像形成装置における光量制御特性を示す図。
【図４】図１の画像形成装置における反射光量に対する出力電圧の変化の様子を示すグラフ。
【図５】図１に示す画像形成装置の動作を示すフローチャート。
【図６】トナー量検出（１）の動作を示すフローチャート。
【図７】カラートナー量に対する出力電圧の変化の様子を示すグラフ。
【図８】ブラックトナー量に対する出力電圧の変化の様子を示すグラフ。
【図９】本発明の第２実施形態の動作を示すフローチャート。
【図１０】図９のトナー量検出（２）の動作を示すフローチャート。
【図１１】照射光量を増大させたときのブラックトナー量に対する出力電圧の変化の様子を示すグラフ。
【図１２】本発明の第３実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図１３】図１２のトナー量検出（３）の動作を示すフローチャート。
【図１４】光量制御信号に対する出力電圧の変化の様子を示すグラフ。
【図１５】ｓ偏光のアンプゲインを増大させたときのトナー量に対する出力電圧の変化の様子を示すグラフ。
【図１６】トナー量検出（４）の動作を示すフローチャート。
【図１７】本発明に採用可能な別の受光ユニットの電気的構成を示す図。
【図１８】図１７の受光ユニットから出力される電圧の反射光量に対する変化の様子を示すグラフ。
【図１９】本発明に採用可能な他の受光ユニットの電気的構成を示す図。
【図２０】図１９の受光ユニットから出力される電圧の反射光量に対する変化の様子を示すグラフ。
【図２１】従来の受光ユニットの電気的構成を示す図。
【図２２】出力オフセット電圧を印加しないときの反射光量に対する出力電圧の変化の様子を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６０】
１…発光素子、  ２…像担持体、  ３…偏光ビームスプリッター（照射側ビームスプリッター）、  ４…照射光量モニタ用受光ユニット（照射光量モニタ手段）、  ５…照射光量調整ユニット、  ６…制御ユニット、  ７…反射光量検出ユニット、  ４１…入力オフセット電圧、  ４２，７２ｐ，７２ｓ，ＰＳ…受光素子、  ６１…ＣＰＵ、  ６２…メモリ、  ７０ｐ，７０ｓ…受光ユニット、  ７１…偏光ビームスプリッター、  ７３ｐ，７３ｓ…アンプ回路、  ７４ｐ，７４ｓ…出力オフセット電圧、  ＳigＰ2，ＳigＰ5…（ｐ偏光の）光量信号、  ＳigＳ2…（ｓ偏光の）光量信号、  Ｓlc、Ｓlc(0)〜Ｓlc(5) …光量制御信号、  Ｖp…（ｐ偏光の）出力電圧、  Ｖs…（ｓ偏光の）出力電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【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】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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