(57)【要約】【課題】  従来のリード型素子よりも低コスト化、省スペース化を図ることができる面実装型素子を用いつつ、光学センサの各製品間で生じ得る、センサの検知特性のばらつきを抑制することが可能である光学センサを提供することである。【解決手段】  光を遮る樹脂ケース４２と、発光素子３１、発光素子３１から照射された入射光が照射対象物によって反射した時の反射波光を受光する受光素子３２または３３とを有し、発光素子３１及び受光素子３２のうち少なくとも一つが、基板上に表面実装された表面実装型素子であり、反射対象物と面実装型発光素子３１又は、面実装型受光素子３２との間に少なくとも１つの絞りを有する光センサを作成する。【選択図】  図８
2005091252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光手段を少なくとも１つと、
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反射した時の反射光を受光する、少なくとも１つの受光手段とを有する光学センサにおいて、
該発光手段及び該受光手段のうち少なくとも一つの手段が、回路基板上に表面実装されたものであり、
該少なくとも一つの手段と該照射対象物との間の光路上に、その光路の断面積よりも小さい光通過孔を形成する孔形成部材を設け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、
上記光通過孔の径長をＲｓ、該光通過孔を通過する前の光路の断面の径長をＲｄとおき、
回路上に表面実装を行う際の位置決め精度の誤差範囲が±ｄである時、
該Ｒｓ及びＲｄが、
Ｒｓ＜Ｒｄ−２ｄ
という関係式を満たすことを特徴とする光学センサ。
【請求項３】
請求項１及び２の光学センサにおいて、
上記発光手段の光強度がその発光面において一様であることを特徴とする光学センサ。
【請求項４】
請求項１、２及び３の光学センサにおいて、
上記受光手段の光感度がその受光面において一様であることを特徴とする光学センサ。
【請求項５】
請求項１、２、３及び４の光学センサにおいて、
上記発光手段および上記受光手段が、遮光性の樹脂ケースによって収容され、
上記光通過孔の加工を該樹脂ケースに施したことを特徴とする光学センサ。
【請求項６】
請求項５の光学センサにおいて、
上記樹脂ケースに位置決め用の突起部を設け、
上記面実装型素子が実装されている基板に位置決め用の穴部を設け、
該突起部と該穴部とが嵌合することにより、該樹脂ケースを該基板上に固定することを特徴とする光学センサ。
【請求項７】
請求項６の光学センサにおいて、
上記樹脂ケースの上記突起部を上記基板に熱溶着させることのより、該樹脂ケースを該基板上に固定することを特徴とする光学センサ。
【請求項８】
請求項６の光学センサにおいて、
上記樹脂ケースを複数部品構造とし、
少なくとも１つの該樹脂ケースは上記基板の上から設置し、
少なくとも１つの該樹脂ケースは該基板の下から設置することで、
該樹脂ケースによって該基板を挟み込み、基板上部の樹脂ケースと基板下部の樹脂ケースのかみ合わせによって、該樹脂ケースを該基板に固定することを特徴とする光学センサ。
【請求項９】
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又は８の光学センサ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する。また、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とすることから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。
【０００４】
従来の反射型光学センサとして、リード型素子を用いた光学センサを図１に示す。リード型素子を用いた光学センサは、素子と同等のくぼみが形成された樹脂ケースに発光素子３１及び受光素子３２、３３を固定している。そして、発光素子３１及び受光素子３２、３３と基板とをリード線によって繋ぎ、装置本体と発光信号または受光信号の授受を行う。リード型素子を用いた光学センサでは、素子を樹脂ケースに固定しているので、発光素子、および受光素子の位置決め精度は、樹脂ケースの加工精度に依存する。樹脂ケースは型品であるので加工精度のばらつきはほとんどない。よって、光学系システムに合わせた樹脂ケースを作成れば、素子の位置決め精度が高い反射型光学センサをえることができる。
【０００５】
また、リードを伴わず、素子を基板上に直接設置する、面実装型素子を用いた光学センサが知られている。この面実装型素子を用いると、従来のリード型素子と比べてコストダウンや生産性の向上が図れ、さらに光学センサ全体の小型化を図ることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６４−３５４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
面実装型の発光素子または受光素子の位置決め精度は、基板上に面実装型素子を表面実装する際の位置決め精度に依存する。しかし、その位置決め精度には限界があり、樹脂ケースによって素子の位置決めを行うリード型のものほど、高い位置決め精度を得ることはできない。このため、従来の面実装型素子を用いた光学センサでは、同じ製品でも発光素子または受光素子の位置決め精度にばらつきが生じてしまう。その結果、照射対象物に対して発光素子から光を照射しても、同じ受光感度を得ることができない。すなわち、同じ製品でもセンサの検知特性にばらつきが生じてしまう。
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、光学センサの各製品間で生じ得る、センサの検知特性のばらつきを抑制することが可能である光学センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、発光手段を少なくとも１つと、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反射した時の反射光を受光する、少なくとも１つの受光手段とを有する光学センサにおいて、該発光手段及び該受光手段のうち少なくとも一つの手段が、回路基板上に表面実装されたものであり、該少なくとも一つの手段と該照射対象物との間の光路上に、その光路の断面積よりも小さい光通過孔を形成する孔形成部材を設け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、上記光通過孔の径長をＲｓ、該光通過孔を通過する前の光路の断面の径長をＲｄとおき、回路上に表面実装を行う際の位置決め精度の誤差範囲が±ｄである時、該Ｒｓ及びＲｄが、Ｒｓ＜Ｒｄ−２ｄという関係式を満たす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及び２の光学センサにおいて、上記発光手段の光強度がその発光面において一様であ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１、２及び３の光学センサにおいて、上記受光手段の光感度がその受光面において一様である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１、２、３及び４の光学センサにおいて、上記発光手段および上記受光手段が、遮光性の樹脂ケースによって収容され、上記光通過孔の加工を該樹脂ケースに施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５の光学センサにおいて、上記樹脂ケースに位置決め用の突起部を設け、上記面実装型素子が実装されている基板に位置決め用の穴部を設け、該突起部と該穴部とが嵌合することにより、該樹脂ケースを該基板上に固定する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６の光学センサにおいて、上記樹脂ケースの上記突起部を上記基板に熱溶着させることのより、該樹脂ケースを該基板上に固定する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６の光学センサにおいて、上記樹脂ケースを複数部品構造とし、少なくとも１つの該樹脂ケースは上記基板の上から設置し、少なくとも１つの該樹脂ケースは該基板の下から設置することで、該樹脂ケースによって該基板を挟み込み、基板上部の樹脂ケースと基板下部の樹脂ケースのかみ合わせによって、該樹脂ケースを該基板に固定することを特徴とするものである。
また、請求項９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又は８の光学センサを用いたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
上記請求項１乃至８の光学センサでは、光通過孔を通過する光の向き及び光量は、その光通過孔の向き及び大きさに依存する。この光通過孔は、一般に面実装によって発光手段または受光手段を位置決めする場合よりも、高い位置決め精度で位置決めできる。
発光手段を面実装する場合、その面実装により生じる位置決め誤差が原因で、照射光の光路が、その位置決め誤差に応じた誤差範囲でばらつく。ここで、その誤差範囲内の全ての光路において重複する部分に光通過孔を位置決めすれば、その誤差範囲内のどの光路でも、一定の光量、向きの光を照射対象に照射することができる。よって、照射対象物から一定の光量、向きの反射光を得ることができ、受光手段の受光感度のばらつきを抑えることができる。
また、受光手段を面実装する場合、その面実装により生じる位置決め誤差が原因で、反射光に対する受光手段の位置が、その位置決め誤差に応じた誤差範囲でばらつく。ここで、その誤差範囲内に位置する全ての受光手段で受講できる反射光が通過するように光通過孔を位置決めすれば、その誤差範囲内のどの受光手段でも一定の光量を検知することができる。よって、受光手段の受光感度のばらつきを抑えることができる。
【００１０】
請求項１乃至８の発明によれば、面実装により多少の誤差が生じても、受光感度のばらつきを抑えることができるので、光学センサの各製品間で生じ得る、センサの検知特性のばらつきを抑制することが可能という効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を、電子写真方式のカラーレーザープリンタ（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、定着後、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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。そしてこれにより、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。
【００１７】
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。
【００１８】
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）にのみ付着する。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。
【００１９】
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する。そして、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。しかし、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。
【００２３】
なお、Ｐセンサ３０を、転写搬送ベルト２１の位置ずれ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。
【００２４】
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。
まず、Ｐセンサ３０として用いられている、反射型光学センサ光学システムの一般的な構成を図５に示す。図５において、発光素子３１から発せられた光は、検知対象に反射面５の垂線に対してθ１の角度で入射する。反射面５に入射し、反射する光のうち反射面５の垂線に対してθ２の角度で反射する光が受光素子３２により検知される。光学センサが正反射光を検知するシステムであればθ１＝θ２とし、拡散反射光を検知するシステムであればθ１とθ２は任意の値に設計する。
【００２５】
これらθ１、θ２の値を含めた発光素子と受光素子からなる光学系の設計や発光素子及び受光素子の位置関係は、反射率などの検知対象物の条件や取り付け位置などの検知条件などによって決定される。また、その他様々な条件を考慮して効率良く反射光を検知できるよう最適化設計される。１発光１受光型である図５のようなシステムもあれば、１発光２受光型、２発光２受光型など、複数の発光素子・受光素子を用いた光学系システムもある。また光の集光効率を向上させるため、レンズなどを併用した光学系システムになると、より複雑な設計のもと、光学系が決定される。すなわち、光学系を構成する個々のばらつきはできるだけ小さく抑えないと精度の高い光学センサの検知特性は実現できない。
従来の樹脂ケースにリード型の発光素子や受光素子を挿入する方式をとる光学センサの光学系は樹脂ケースそのものが光学系を決定していた。樹脂ケースに発光素子や受光素子をはめ込むことで、発光素子と受光素子の位置合わせ、光軸合わせができ、樹脂ケースは高い精度で作成できるため、ばらつきの少ないシステムを実現できる。
しかし、面実装型素子を樹脂ケースにはめ込み実装する（リフローする）ことは困難であり、面実装型素子の位置決めは基板への実装過程で決定付けられる。そして、面実装型素子を基板に実装する際の位置決め精度には限界があるため、樹脂ケースによって位置決めするリード型素子と比較して、精度の良い位置決めができなかった。この、位置決めの精度を悪化させる部品実装の位置決め精度のばらつきを吸収するために、本実施形態においては面実装型素子を用いたセンサに絞りを設ける構成を採用した。
【００２６】
絞りは、発光素子から発光する光量（光束）、または受光素子で受光される光量（光束）を絞り込む開口である。発光素子より発光した光のうち、絞りを通過する光束が実効発光光量となり、絞りを通過して受光素子で受光される光束が実効受光光量となる。
絞りを用いない光学系は、発光素子から反射面へ向けて発光する光がすべて検知特性に寄与する。よって発光素子の位置が所定の位置よりずれると、反射面にあたる光量がばらついたり、システムの光軸がずれたり、検知特性にばらつきをもたらすことになる。
【００２７】
次に、本実施形態においての、面実装型素子と絞りとの関係について説明をする。まず、面実装素子の形状例を図６に示す。面実装素子は本体部３９に、発光体（または受光体）３８を装着し、発光体（または、受光体）がレンズ部３７に覆われた構造になっている。面実装型発光素子の場合、発光体３８から発せられた光はレンズ部３７を通して外部に一様に発せられる。一方、面実装型受光素子は発光素子から発せられ、検知対象で反射した反射光をレンズ３９を通して受光し、受光体３８で反射光を検知する。
【００２８】
図７は面実装型素子のレンズ部３７と絞り３６との位置関係の説明図である。ここで発光素子に関して考えると、発光素子から反射面にあたる光量をばらつきなく、一定に保つことが重要となる。そこで絞りを用いた場合を考える。図６のような球形のレンズをもった面実装型発光素子の前に図７の（ａ）に示す絞り３６を設置した場合について考える。なお、図７においては絞りの形状として、円形を採用しているが、絞りは円形以外の形状でも構わない。
図７の（ｂ）は発光素子の光軸（多くの場合はレンズの中心軸）と絞りの中心が一致した状態を表す。この状態の時、絞りの断面全体から発光がなされるため、絞りの径により、任意の光量を発光素子より取り出すことができる。
図７の（ｃ）は、絞りに対して発光素子が右側にずれた場合を表す。図７の（ｃ）の状態でも、図７の（ｂ）と同様に絞りの断面全体から発光がなされるため、絞りの径により任意の光量を発光素子より取り出すことができる。
しかし、それ以上発光素子が右側にずれると図７の（ｄ）のように、絞りの断面よりも発光がなされる断面の方が小さくなり、いわゆるケラレが発生してしまうので、任意の光量が得られなくなる。このことから、絞りの径を発光素子のレンズの径より小さく設定することで、図７の（ｂ）から（ｃ）までの間で素子がずれても、絞りを通過する所定の光量は一定に保つことができる。
【００２９】
また、受光素子についても同様のことを言うことができる。発光素子より発せられた光が、反射面で正反射、または拡散反射し、受光素子の前の絞りを所定の反射光量が通過する。絞りと受光素子の位置が正確に合っていれば、図７の（ａ）のように問題なく、所定の光量が受光素子で受光される。受光素子の位置がずれても、図７の（ｂ）から（ｃ）までの範囲であれば、絞りを通過する光量は全て受光素子で受光することができる。このように絞りを設けることにより、大きなケラレが発生しない範囲の位置ずれは許容できるのである。
【００３０】
以上は絞りにより発光素子、或いは受光素子の位置ずれを吸収できることを説明した。つまり、基板へ部品を実装する際に発生する実装の位置決め精度のばらつきを吸収する為には、部品実装ばらつきによる、面実装型素子と絞りとの位置関係が、図７（ｂ）から（ｃ）の間のケラレの発生しない範囲内にあればよい。
ある工程の実装能力の位置決め精度のばらつきが±ｄである工程を考える。面実装素子のレンズ径がＲｄであり、絞りの径をＲｓであるとする。図７の（ｂ）を満たすＲｄとＲｓの関係は、Ｒｄ＞Ｒｓである。次に、ケラレが発生する限界状態の図７の（ｃ）が実装ばらつきの最大値であれば、ケラレは発生しない。位置ずれは逆方向へ起こる可能性も考慮すると、Ｒｓ＜Ｒｄ−２ｄを満たすようＲｓを設定する。すると、ばらつきが最大値の場合でも、発光素子から発する光はケラレなく絞りを通過し、絞りを通過した反射光量はケラレなく受光素子へ入光することが可能となる。これにより、実装ばらつきによるセンサの光学特性のばらつきを軽減することができる。
【００３１】
本発明者らが研究した結果、レンズ径が２ｍｍの面実装型発光素子を用いて光学センサを構成しようとした時、生産ラインの実装ばらつきとしては、±０．２ｍｍの精度で実装可能であることが判明した。よって、発光素子の絞りの径は２−２＊０．２ｍｍより小さい、即ち１．６ｍｍ以下で設計すれば、絞りによって実装のばらつきは吸収できる。さらに、発光素子からの光量が適正であるか、などの評価を踏まえ、発光素子の絞りの径は１．２ｍｍに決定した。
また、受光素子もレンズ径も２ｍｍの面実装型受光素子を選択したので、受光素子の絞りは１．６ｍｍ以下で設計すれば実装のばらつきは吸収できる。受光効率の向上も図った上、発光素子より広い１．４ｍｍを受光素子の絞りとして決定した。
【００３２】
さらに精度の高い検知特性を得ようとした場合、素子固有の特性が検知特性が効いてくることが考えられる。発光素子や受光素子は、指向性の広いもの、狭いもの、感度分布を持つものなど、多様な種類が存在する。これらの中から、例えば、指向性が非常に狭く、素子の中心の光出力が極端に強い発光素子などを用いた場合、絞りを用いた光学系において、ケラレが発生しなくても、絞りを通過する光量の変化がばらつきの原因となることも考えられる。よって、発光素子には、光の進む方向の光強度が一様である素子、受光素子には受光感度が一様である素子を組み合わせることが望ましい。このような組み合わせを用いると、実装ばらつきが発生しても、発光素子から出て絞りを通過する光量を一定に保つことができ、あるいは、受光素子のどの部分で受光しても一様な受光特性を得ることができる。よって、より高精度な光学センサを実現することが可能となる。
【００３３】
次に、本実施形態に適用した、Ｐセンサ３０の具体的構成例を図８に示す。図８は基板３４上に面実装型の発光素子３１、正反射光を受光する第１受光素子３２及び拡散反射光を受光する第２受光素子３３を実装し、その上から、樹脂ケース４２をかぶせた状態をセンサ上部から見た透視図である。樹脂ケース４２の樹脂材料としては、光（ＬＥＤ光や外乱光）を透過しないものが望ましく、黒のポリカーボネイトなどを用いる。また、矢印ＳはＰセンサ３０の検知方向を示す。
基板３４に実装された面実装型の発光素子３１と第１受光素子３２とのそれぞれの絞り３６ａ、３６ｂの位置合わせは、絞り加工を施した外乱光を遮光する樹脂ケース４２を基板３４に嵌合させることで実現する。樹脂ケース４２には絞り３６ａ、３６ｂの他に、ケース内部での遮光（クロストークを防ぐ）を目的とする遮光壁３５と基板３４に勘合用の突起４３を設ける。この突起４３を基板３４の位置決めの穴にはめ込み、基板、すなわち面実装型素子と樹脂ケースの位置合わせを行なう。樹脂ケース４２には絞り３６ａ、３６ｂも付随しているので、面実装型素子と絞りの位置決めはこの方法で容易に行なえる。さらに、図のようにレンズ４５を用いた光学系の場合は、レンズ４５の加工、又はレンズ４５の位置決め加工を樹脂ケース４２に施すことで、レンズ４５、絞り３６ａ、３６ｂ及び樹脂ケース４２が一体となる。よって、面実装型素子の位置決めは基板とケースとの位置決めで実現可能となる。
【００３４】
図９は基板３４とＰセンサ３０との断面の様子を示した図である。
図９の（ａ）は、発光素子３１付近のＰセンサ３０の断面図である。絞り３６ａが発光素子３１よりも小さい径で構成されており、発光素子３１から検知方向Ｓに発せられる光量を規制していることが分かる。
また、図９の（ｂ）は、第一受光素子３２付近のＰセンサ３０の断面図である。絞り３６ｂが第１受光素子３２よりも小さい径で構成されており、検知方向Ｓから第１受光素子３２に入ってくる反射光の光量を、規制していることが分かる。
【００３５】
図１０は樹脂ケース４２と基板３４との固定方法の説明図である。
図１０の（ａ）は熱溶着を用いた固定方法である。これは、樹脂ケース４２の嵌合用の突起４３を基板３４の位置決めの穴にはめ込み、Ｐセンサに対して、基板３４の反対側で突起４３を熱溶着することで、樹脂ケース４２と基板３４とを完全に固定するものである。
また、図１０の（ｂ）は基板３４を２つの樹脂ケース４２で挟み込む固定方法である。これは、基板３４の上面側の樹脂ケース４２（ａ）の突起４３と、基板の下面側の樹脂ケース４２（ｂ）の突起とを基板３４の位置決め穴を通して、ケースとケースのかみ合わせで樹脂ケース４２と基板３４とを固定するものである。
【００３６】
図１１には画像形成装置に用いられる光学センサである、Ｐセンサ３０の組立例を表した。３個のＰセンサ３０を用いて、感光体や転写ベルト上のトナーパタンを読みとり、トナー付着量や色ズレの検知を行なう。光学センサ駆動回路と共に、面実装型の発光素子や受光素子を実装した後、ケースをかぶせる。発光素子や受光素子に面実装素子を用いると、リード部品を用いた場合に比べて、光学センサの小型化が可能になり、さらに、手加工の工数が減り、コストダウンや生産性の向上につながる。
【００３７】
以上、本実施形態に係る光学センサを用いた画像形成装置は、発光手段である発光素子３１を少なくとも１つと、発光素子３１から照射された入射光が照射対象物である感光ドラム５によって反射した時の反射光を受光する受光手段である受光素子３２、３３とを有する構成である。この画像形成装置は、発光素子３１及び受光素子３２のうち少なくとも一つが、プリント基板３４に表面実装されものであり、表面実装された素子と感光ドラムとの間の光路上に、その光路の断面積よりも小さい光通過孔である絞り３６を有している。
このような構成により、発光素子３１のプリント基板３４上での実装位置が所定の範囲内でばらつき、その光路もばらついたとしても、発光素子３１の照射方向の光路上に位置決め精度にばらつきがない絞り３６を設けることで、検知対象に照射する光の向き及び光量を一定にすることができる。
また、受光素子３２のプリント基板３４上での実装位置が所定の範囲内でばらついたとしても、受光素子３２に入射する反射光の光路上に位置決め精度にばらつきがない絞り３６を設けることで、検知対象からの反射波に対して一定の検知結果を得ることができる。
また、本実施形態では絞り３６の径長をＲｓ、絞り３６を通過する前の光路の断面の径長をＲｄとおき、回路上に表面実装を行う際の位置決め精度の誤差範囲が±ｄである時、Ｒｓ及びＲｄが、Ｒｓ＜Ｒｄ−２ｄという関係式を満たしているこのような構成により、より確実に表面実装を行う際の位置決め精度のばらつきを、吸収することができる。
また、本実施形態では発光素子３１の光強度がその発光面において一様である。このような構成により、よりばらつきの少ない照射光を検知対象に照射することができる。
また、本実施形態では受光素子３２、３３の光感度がその受光面において一様である。このような構成により、同じ反射光に対する検知結果のばらつきをより少なくすることができる。
また、本実施形態では発光素子３１および受光素子３２、３３が、遮光性の樹脂ケース４２によって収容され、絞り３６の加工を樹脂ケースに４２施している。このような構成により、高精度の検知が可能な光学センサを、容易に作成することができる。
また、本実施形態では樹脂ケース４２に位置決め用の突起部４３を設け、発光素子３１や受光素子３２、３３が実装されているプリント基板３４に位置決め用の穴部を設け、突起部４３と穴部とが嵌合することにより、樹脂ケース４２をプリント基板上に固定している。このような構成により、樹脂ケースに突起部を設けるという簡単な構成で、高い精度でセンサの位置決めを行うことができる。
また、本実施形態では樹脂ケース４２の突起部４３の先端ををプリント基板３４に熱溶着させる。このような構成により、高い精度で位置決めされたセンサを、プリント基板上に固定することができる。
また、本実施形態では樹脂ケース４２を２つの部品構造とし、片方の樹脂ケース４２ａは上記基板の上から設置し、もう一つ樹脂ケース４２ｂはプリント基板３４の下から設置することで、樹脂ケース４２によってプリント基板３４を挟み込み、プリント基板３４の樹脂ケース４２ａとプリント基板３４下部の樹脂ケース４２ｂのかみ合わせによって、樹脂ケース４２をプリント基板３４に固定する。このような構成により、高い精度で位置決めされたセンサを、プリント基板上に固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】リード型素子を用いた従来のＰセンサの概略構成を示す断面図。
【図２】実施形態に係る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】反射型光学センサ光学システムの一般的な構成を示す図。
【図６】面実装型素子の形状例を示す図。
【図７】絞りと面実装型素子のレンズの位置関係を示す図。
【図８】光学センサの具体的構成例を示す図。
【図９】光学センサと実装基板の断面図。
【図１０】ケースと実装基板の固定方法を示す図。
【図１１】光学センサの組み立て例を示す図。
【符号の説明】
【００３９】
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  Ｐセンサ
３１  発光素子
３２  第１受光素子
３３  第２受光素子
３４  プリント基板
３５  遮光壁
３６  絞り
３７  レンズ
３８  発光体、受光体
３９  発光素子または受光素子の本体部
４０  再搬送部
４１  レジストローラ
４２  樹脂ケース
４３  勘合用の突起
【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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