(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーが付着した像担持体に無偏光性の光を照射する発光素子と、
該像担持体から反射する光のうち、像担持体に平行な方向成分であるＰ波成分が第１の偏光フィルタを透過する第１の受光装置と、
該像担持体からの反射光のうちＰ波に垂直な方向成分であるＳ波成分が第２の偏光フィルタを透過する第２の受光装置と、
第１、第２の受光装置出力をそれぞれ増幅して、その差をトナー付着量の情報として出力する信号処理装置と、
トナーが付着する像担持体と、前記第１および第２の受光装置との間に配置され、前記第１および第２の受光装置の受光面境界付近に前記像担持体からの反射光中心が受光されるように前記像担持体からの反射光を収束させて、前記トナーが付着する像担持体と、前記第１および第２の受光装置との間の距離ずれ、角度ずれを補正するレンズと
から構成されることを特徴とするトナー付着量測定装置。
【請求項２】
上記トナー付着量測定装置において、発光素子から照射される光の一部を受光し、この受光出力をもとに発光素子から照射される光量を一定に制御するフィードバック機能を備えたことを特徴とする請求項１記載のトナー付着量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真式複写機、電子写真式プリンタなどで用いられるトナーの付着量測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のトナー付着量測定装置としては、図１３に示す発光素子１からの光をトナー３の付着した感光体２に照射し、その反射光を受光素子４に入射させて増幅したものをトナー付着量の情報とする反射型光センサがよく知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電子写真式複写機、電子写真式プリンタなどでトナーを付着させる像担持体として使用されている感光体や転写ベルトの表面は、凹凸が非常に小さく光沢のあるものが用いられている。以下の説明では、トナーを付着させる像担持体として感光体を用いた場合について説明する。
【０００４】
一般に光沢度の高い物体に光を照射したときの反射光は、物体表面に平行な方向に偏りやすいということが知られており、発光素子から感光体への照射角度θを感光体の法線方向に対する傾き角として定義したときに、感光体からの反射光に含まれる成分は、照射角度θが大きいほど感光体に平行な方向成分（Ｐ波）が支配的となり、Ｐ波に垂直な方向成分（Ｓ波）は非常に小さくなる。
一方、感光体に付着するトナーは不均一な形状で凹凸が大きいため、トナーからの反射光はＳ波とＰ波の振動成分が約半分ずつ混ざり合って拡散反射する乱反射となる。
【０００５】
このようにトナーの付着する感光体からの反射光は、感光体表面で反射する成分とトナー表面で反射する成分とからなり、前者はトナー付着量に反比例して減少し、後者はトナー付着量に比例して増加する成分となる。したがって、図１３に示す従来のトナー付着量測定装置では、上記の感光体とトナーからの反射光すべてを受光素子で受光してしまうため、図１４のグラフに見られるとおり、トナー付着量がα（測定装置出力が極小値となるトナー付着量）を超える領域では、トナーからの乱反射により測定装置出力が増加してしまい、測定装置出力からトナー付着量を一意的に求めることができなくなる。したがって、測定装置出力から、トナー付着量を正確に測定できる範囲がα以下に限定されてしまい、トナー付着量をαより多くして、濃い色濃度で印刷したい場合に意図する画質で印刷を行うことが困難になるという問題があった。
上記のαを超える領域でのトナー付着量を一意的に求めるため、光源と感光体との間に偏光フィルタを配置した例が特開平６−２５０４８０号公報に開示されている。しかし、これは入射光側の光を偏光させるものであって、感光体からの反射光を分析し、トナー付着量を精度良く検出できるものではなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するもので、トナーが付着した像担持体に無偏光性の光を照射する発光素子１と、該像担持体から反射する光のうち、像担持体に平行な方向成分であるＰ波成分が第１の偏光フィルタ５を透過する第１の受光装置と、該像担持体からの反射光のうちＰ波に垂直な方向成分であるＳ波成分が第２の偏光フィルタ６を透過する第２の受光装置と、第１、第２の受光装置出力をそれぞれ増幅して、その差をトナー付着量の情報として出力する信号処理装置と、トナーが付着する像担持体と、第１および第２の受光装置との間に配置され、第１および第２の受光装置の受光面境界付近に像担持体からの反射光中心が受光されるように像担持体からの反射光を収束させて、トナーが付着する像担持体と、第１および第２の受光装置との間の距離ずれ、角度ずれを補正するレンズとから構成されることを特徴としたトナー付着量測定装置であり、反射光に含まれる成分のうちトナーからの乱反射による影響を除去し、トナー付着量の測定可能範囲を広く取ることができ、かつ精度の高いトナー付着量測定装置の供給を可能とするものである。しかも、常に受光素子中心方向に光を集光する機能をもつレンズを備えることで、トナー付着量測定装置の取り付け誤差の影響を受けずに安定した出力値が得られるトナー付着量測定装置の供給を可能とするものである。
【０００７】
また、発光素子から照射される光の一部を受光し、その受光出力をもとに発光素子から照射される光量を一定に制御するフィードバック機能を備えたことを特徴とするトナー付着量測定装置であり、周囲温度変化や経時変化による発光素子の光量変化分を除去し、安定した性能をもつトナー付着量測定装置の供給を可能とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明によるトナー付着量測定装置は、トナーが付着した像担持体に無偏光性の光を照射し、該像担持体からの反射光のうち、像担持体に平行な方向成分であるＰ波成分が第１の偏光フィルタを透過する第１の受光装置と、該像担持体からの反射光のうちＰ波に垂直な方向成分であるＳ波成分が第２の偏光フィルタを透過する第２の受光装置とを備え、第１、２の受光装置出力を信号処理装置によりそれぞれ増幅して、その差をトナー付着量の情報とする。
また、発光素子から照射される光の一部を受光し、この受光出力をもとに発光素子から照射される光量を一定に制御するフィードバック機能を備えている。
さらに、トナーが付着する像担持体とトナー付着量測定装置との間の距離ずれ、角度ずれを補正するためのレンズを備えている。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明による実施例について、図面を参照して説明する。
〔実施例１〕
本発明を利用したトナー付着量測定装置を図１に示す。図１において、発光素子１からトナー３が付着する感光体２に対して入射角θで無偏光性の光を照射し、入射角と同じ角度とした反射角θの方向に２分割フォトダイオード７を配置して反射光を受光する。発光素子１としては、ＬＥＤの他にハロゲンランプ、半導体レーザ等の単波長成分の多い光源を用いることが可能である。
また、２分割フォトダイオード７は、互いに近接したフォトダイオード８、９が１つのパッケージに収められたものであり、フォトダイオード８、９の受光面境界付近に反射光中心が受光されるように配置されている。
【００１１】
図２は、図１の受光側を詳しく記述したものである。
トナー３の付着する感光体２からの反射光ｂについて、感光体２に対して平行な振動成分ｄをｐ波、ｐ波と直角方向の振動成分ｅをｓ波と定義する。また、トナー３の付着する感光体２からの反射光ｂには、図３に示すとおり、感光体２に当たって反射する成分ｈとトナー３に当たって反射する成分ｉの大きく２つが考えられる。
図３に示す反射光ｂについて感光体２に当たって反射する成分ｈのうちｐ波方向の振動成分をＰ１、ｓ波方向の振動成分をＳ１とする。また、トナー３に当たって反射する成分ｉのうち、ｐ波方向の振動成分をＰ２、ｓ波方向の振動成分をＳ２とする。
このとき、感光体２の表面は光沢度が高く、その反射光はｐ波が支配的となるため、感光体２からの反射光に含まれる振動成分には、Ｐ１＞Ｓ１の関係が成り立つ。一方、トナー３に当たって反射される光については、トナーが不均一な形状で凹凸が大きいため、反射光はｓ波とｐ波が約半分ずつ混ざり合った乱反射となり、Ｐ２≒Ｓ２の関係が成り立つ。
【００１２】
図２の偏光フィルタ５の透過方向は縦方向であり、これはトナー３の付着した感光体２からの反射光ｂの水平方向の振動成分ｄと平行な方向である。
また、偏光フィルタ６の透過方向は横方向であり、これは反射光ｂの水平方向の振動成分ｄと垂直な方向である。
図２に示すように、トナー３の付着した感光体２からの反射光ｂについて、半分が偏光フィルタ５を、また、残りの半分が偏光フィルタ６を通過するようにし、偏光フィルタ５、６を通過した後の反射光ｃの中心が、２分割フォトダイオード７のパッケージに収められているフォトダイオード８、９の受光面境界付近に入射するように配置する。
【００１３】
図４は、図２の反射光ｂについて偏光フィルタ５を通過する成分を表している。偏光フィルタ５を通過する前の反射光ｂは、感光体２に当たって反射する成分ｈとトナー３に当たって反射する成分ｉで構成されている。反射光ｂに含まれる成分ｈ、ｉのうち偏光フィルタ５の透過方向に対して垂直の振動方向をもつＳ１、Ｓ２は通過が抑制され、平行の振動方向をもつＰ１、Ｐ２は偏光フィルタ５を通過することになる。
【００１４】
図５は、図２の反射光ｂについて偏光フィルタ６を通過する成分を表している。反射光ｂに含まれる成分ｈ、ｉのうち偏光フィルタ６の透過方向に対して垂直の振動方向をもつＰ１、Ｐ２は通過が抑制され、平行の振動方向をもつＳ１、Ｓ２は偏光フィルタ６を通過することになる。
【００１５】
このため、図２に示す２分割フォトダイオード７に入射する光のうち、フォトダイオード８の受光領域には偏光フィルタ５を通過してきたＰ１、Ｐ２からなる反射光ｆ、フォトダイオード９の受光領域には偏光フィルタ６を通過してきたＳ１、Ｓ２からなる反射光ｇが照射され、これら受光領域における受光光量に応じた出力を、フォトダイオード８、９から取り出すことができる。
【００１６】
図６は、図２におけるフォトダイオード８、９の受光出力を信号処理し、トナー付着量に応じた出力電圧を得るための信号処理回路の例である。フォトダイオード８の受光出力（Ｐ１＋Ｐ２）とフォトダイオード９の受光出力（Ｓ１＋Ｓ２）は、増幅器１０、１１でそれぞれＫ倍に増幅されて、Ｋ（Ｐ１＋Ｐ２）、Ｋ（Ｓ１＋Ｓ２）となり、差分器１２で２つの入力差、Ｋ｛（Ｐ１＋Ｐ２）−（Ｓ１＋Ｓ２）｝が取り出される。このとき、トナー３からの反射光は、トナーが不均一な形状で凹凸が大きいため乱反射となり、Ｐ２≒Ｓ２の関係が成り立ち、差分器１２の信号処理出力は、Ｋ（Ｐ１−Ｓ１）と近似する。ここで、感光体２の表面は光沢度が高くその反射成分は、ｐ波が支配的となるため、Ｐ１＞Ｓ１の関係にある。
【００１７】
図７は、感光体上のトナー付着量とその測定値をグラフに示したものである。
図１に示す従来のトナー付着量測定装置では、図７のグラフに示すＫ（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｓ１＋Ｓ２）の特性曲線が得られ、トナー付着量αを越える領域で測定値が上がるという問題点があった。これは、トナーが付着した感光体からの反射光すべてを受光素子で受光するため、トナー付着量がαを超える領域で、トナーに当たって反射する成分Ｋ（Ｐ２＋Ｓ２）の影響が大きくなるためである。しかし、図１に示すトナー付着量測定装置では、トナーに当たって反射する成分Ｋ（Ｐ２＋Ｓ２）の影響を除去し、感光体からの反射光にどれだけのＰ波成分の偏りが有るかを示すＫ（Ｐ１−Ｓ１）を出力として得ることで、トナーの付着していない感光体からの反射光量に応じた出力を得ることができ、トナー付着量がαを越える領域においても精度の高い特性曲線を得ることが可能となった。
【００１８】
〔実施例２〕
実施例１におけるトナー付着量測定装置において、発光素子から照射される光の一部を受光し、この受光出力をもとに発光素子から照射される光量を一定に制御するフィードバック機能を備えたトナー付着量測定装置を図８、９に示す。
トナー付着量の測定原理は、実施例１と同様であるため、その説明は省略し、ここでは発光素子１からの照射光を一定にするフィードバック制御について説明を行う。
【００１９】
図９において、発光素子１からトナー３が付着する感光体２へ照射される光の一部を、発光素子１の斜め前方に配置された受光素子１３で受光する。発光素子１の側面光と正面光では、発光光量によってその発光比率が異なるため、受光素子１３は、発光素子１の側面に置かず、斜め前方に配置して正面光を受光する。発光素子１の照射光量に応じた受光素子１３の出力は、比較器１４において基準値Ｖrefと比較され、Ｖrefより小さい場合は発光素子１の光量を増加させ、Ｖrefより大きい場合は発光素子１の光量を減少して、受光素子１３の出力が常にＶrefに保たれるようにフィードバック制御される。従って、周囲温度変化や経時変化によって発光素子１の照射光量が変化した場合においても、受光素子１３出力をＶref一定に保つフィードバック制御が行われ、発光素子１の照射光量を常に一定に保つことができる。
【００２０】
〔実施例３〕
実施例１、２におけるトナー付着量測定装置において、トナーが付着する感光体とトナー付着量測定装置との間の距離ずれ、角度ずれを補正するためのレンズを備えたトナー付着量測定装置を図１０に示す。トナー付着量の測定原理、および発光素子からの照射光量をフィードバック制御する方法については、実施例１、２と同様のためその説明は省略し、ここではトナーが付着する感光体とトナー付着量測定装置との間の距離ずれ、角度ずれをレンズで補正する方法について図１０〜１２をもとに説明を行う。
【００２１】
図１１は、トナー付着量測定装置とトナー３が付着する感光体２の距離ずれによって生じる反射光ｂの入射位置ずれを、シリンダーレンズ１５で補正する効果を示したものである。図１１において、感光体２からの反射光ｂが、シリンダーレンズ１５がない状態においても２分割フォトダイオード７の中心に入射されるようなトナー付着量測定装置とトナー３が付着する感光体２との距離間隔を、基準間隔と定義する。トナー付着量測定装置とトナー３が付着する感光体２が基準間隔より近づき、２−１の位置に配置された場合、反射光ｂ−１は、シリンダーレンズ１５の中央から右側にずれた位置に入射される。また、トナー付着量測定装置とトナー３が付着する感光体２が基準間隔より離れ、２−２の位置に配置された場合、反射光ｂ−２はシリンダーレンズ１５の中央から左側にずれた位置に入射されることになる。反射光ｂ−１、又は反射光ｂ−２は、シリンダーレンズ１５がない状態では２分割フォトダイオード７の中心からずれた位置に照射され、センサ出力値に誤差を生じるが、シリンダーレンズ１５が挿入された状態では、シリンダーレンズ１５で屈折されて２分割フォトダイオード７の中心方向に収束されるため、トナー付着量測定装置とトナー３が付着する感光体２の距離ずれにかかわらず安定した出力値を得ることができる。
【００２２】
図１２は、トナー付着量測定装置とトナー３が付着する感光体２の角度ずれによって生じる反射光ｂの入射位置ずれを、シリンダーレンズ１５で補正する効果を示したものである。図１２において、感光体２からの反射光ｂが、シリンダーレンズ１５がない状態において２分割フォトダイオード７の中心に入射されるようなトナー付着量測定装置とトナー３が付着する感光体２との角度を、基準角度と定義する。トナー付着量測定装置とトナー３が付着する感光体２が基準角度より＋β振れ、２−１の位置に配置された場合、反射光ｂ−１は、シリンダーレンズ１５の中央から左側にずれた位置に入射される。また、トナー付着量測定装置とトナー３が付着する感光体２が基準角度より−β振れ、２−２の位置に配置された場合、反射光ｂ−２はシリンダーレンズ１５の中央から右側にずれた位置に入射されることになる。反射光ｂ−１、又は反射光ｂ−２は、シリンダーレンズ１５がない状態では２分割フォトダイオード７の中心からずれた位置に光が照射され、センサ出力値に誤差を生じるが、シリンダーレンズ１５が挿入された状態では、シリンダーレンズ１５で屈折されて２分割フォトダイオード７の中心方向に収束されるため、トナー付着量測定装置とトナー３が付着する感光体２の角度ずれに大きく影響されることがなく安定した出力値を得ることができる。
【００２３】
実施例１、２、３で挙げた２分割フォトダイオード７は、１つの半導体チップ上に２つのフォトダイオードを同時に形成したものを使用しているが、別々の半導体チップ上に形成された２つのフォトダイオードを１つのパッケージに収めたものを使用することも可能である。また、２分割フォトダイオード７の代わりに、１素子入りフォトダイオード２個を互いに近接して使用することも可能である。また、２分割フォトダイオード７の代わりに、非分割ＰＳＤ(Position  Sensitive  Detector)を用いることも可能である。
【００２４】
また、実施例３で挙げた、距離ずれ、角度ずれの補正に用いたシリンダーレンズ１５は横方向に曲率を持つものであったが、縦方向、横方向の両方に曲率をもつ楕円型レンズを使用することも可能である。
【００２５】
【発明の効果】
上記したように、本発明によれば、トナーの付着する像担持体に無偏光性の光を照射したときの反射光について、感光体のＳ波成分に対してＰ波成分がどれだけ多く含まれるかを精度良く測定することにより、トナーからの乱反射の影響を除去して正確なトナー付着量を測定することができる。
また、トナーの付着する像担持体へ照射される光の一部を受光し、この受光出力をもとに発光素子から照射される光量を一定にするフィードバック制御を行うことで、周囲温度変化や経時変化による発光素子の光量変化分を除去することができる。
さらに、トナーが付着する像担持体とトナー付着量測定装置との距離ずれ、角度ずれを補正するレンズを備えることで、トナー付着量測定装置の取り付け誤差による影響を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるトナー付着量測定装置の一実施例である。
【図２】図１のトナー付着量測定装置の受光側の詳細を示したものである。
【図３】図１のトナー付着量測定装置で、トナーの付着する像担持体からの反射光に含まれる成分を示したものである。
【図４】図１のトナー付着量測定装置で、第１の偏光フィルタ５を通過する反射光成分を示したものである。
【図５】図１のトナー付着量測定装置で、第２の偏光フィルタ６を通過する反射光成分を示したものである。
【図６】図１のトナー付着量測定装置で、トナー付着量に応じた信号出力を得るための信号処理回路を示したものである。
【図７】本発明によるトナー付着量測定装置の測定結果である。
【図８】図１のトナー付着量測定装置で、発光素子から照射される光量を測定する受光素子を備えたトナー付着量測定装置の一実施例である。
【図９】図１のトナー付着量測定装置で、発光素子から照射される光量を一定にするフィードバック制御を備えたトナー付着量測定装置の一実施例である。
【図１０】図８のトナー付着量測定装置で、トナーが付着する感光体とトナー付着量測定装置との間の距離ずれ、角度ずれを補正するためのレンズを備えたトナー付着量測定装置の一実施例である。
【図１１】図１０のトナー付着量測定装置で、トナーが付着する感光体とトナー付着量測定装置との間の距離ずれを、シリンダーレンズで補正する効果を示したものである。
【図１２】図１０のトナー付着量測定装置で、トナーが付着する感光体とトナー付着量測定装置との間の角度ずれを、シリンダーレンズで補正する効果を示したものである。
【図１３】従来例によるトナー付着量測定装置である。
【図１４】図１３のトナー付着量測定装置におけるトナー付着量の測定結果である。
【符号の説明】
１  発光素子
２  感光体
３  トナー
４  受光素子
５  第１の偏光フィルタ
６  第２の偏光フィルタ
７  ２分割フォトダイオード
８  第１のフォトダイオード
９  第２のフォトダイオード
１０  第１の増幅器
１１  第２の増幅器
１２  差分器
１３  受光素子
１４  比較器
１５  シリンダーレンズ
ａ  トナー３の付着した感光体２への入射光
ｂ  トナー３の付着した感光体２からの反射光
ｃ  偏光フィルタ５、６を通過した反射光
ｄ  感光体２に対して平行方向の振動成分
ｅ  ｐ波と垂直方向の振動成分
ｆ  フォトダイオード８への入射光
ｇ  フォトダイオード９への入射光
ｈ  感光体２からの反射光
ｉ  トナー３からの反射光
ｊ  偏光フィルタ５を通過した後の感光体２からの反射光
ｋ  偏光フィルタ５を通過した後のトナー３からの反射光
ｌ  偏光フィルタ６を通過した後の感光体２からの反射光
ｍ  偏光フィルタ６を通過した後のトナー３からの反射光
【図１】
0004554840.tif 000002
【図２】
0004554840.tif 000003
【図３】
0004554840.tif 000004
【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】
0004554840.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0004554840.tif 000014
【図１４】
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