(57)【要約】【課題】中間転写ベルト等の像担持体上に形成されたトナーパッチ等のトナー像のトナー量を精度よくしかも安定して検知する。【解決手段】トナー量計測装置は中間転写ベルト７に向けて光を照射する発光素子１６ａと、中間転写ベルト７上のトナー像で反射された反射光を受光する受光素子１６ｂとを有している。トナー量計測装置は反射光の光量に応じてトナー像のトナー量を算出する。発光素子１６ａと中間転写ベルト７上における光の照射位置とを結ぶ直線と、照射位置と受光素子１６ｂとを結ぶ直線とのなす角度が１５度以内となるように、受光素子１６ｂが配置されている。【選択図】図１
2012013768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体に形成されたトナー像におけるトナー量を検出するトナー量計測装置において、
前記像担持体に向けて光を照射する発光部と、
前記像担持体上の前記トナー像で反射された反射光を受光する受光部と、
前記反射光の光量に応じて前記トナー像のトナー量を算出する算出手段とを有し、
前記発光部と前記像担持体上における光の照射位置とを結ぶ直線と、前記照射位置と前記受光部とを結ぶ直線とのなす角度が１５度以内となるように、前記受光部が配置されていることを特徴とするトナー量計測装置。
【請求項２】
前記受光部は前記発光部に隣接して配置され、前記受光部と前記発光部との間には隔壁が設けられていることを特徴とする請求項１記載のトナー量計測装置。
【請求項３】
前記発光部と前記照射位置とを結ぶ直線と、前記照射位置における前記像担持体の外周に対する法線とのなす角度が１５度以上となるように、前記発光部が配置されていることを特徴とする請求項１記載のトナー量計測装置。
【請求項４】
前記発光部は、像担持体の表面を基準としてＳ偏光を前記像担持体に照射することを特徴とする請求項１記載のトナー量計測装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のトナー量計測装置と、該トナー量計測装置で計測された前記トナー量と基準トナー量とに応じて前記トナー像の濃度補正を行う濃度補正手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
前記濃度補正手段は、前記トナー量計測装置で計測されたトナー量と前記基準トナー量とを比較して、その比較結果に応じて前記像担持体上に静電潜像を形成する際の露光量を制御するようにしたことを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感光ドラム又は中間転写ベルト等の像担持体上のトナー量を計測するためのトナー量計測装置及び当該トナー量計測装置を用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子写真プロセスを用いた画像形成装置では、トナー補給量調整及び階調補正等の各種制御を行うため、感光ドラム又は中間転写ベルト等の像担持体に形成されたトナーパッチにおけるトナー量を検知して計測するようにしている。
【０００３】
そして、当該計測結果と予め規定された基準量とを比較し、その比較結果に基づいてトナー補給の制御、現像バイアス等の電位制御、そして、濃度補正制御等が行われている。
【０００４】
像担持体上のトナー量を検知する手法として、例えば、トナーパッチに可視光又は赤外光等の光を照射して、トナーパッチからの反射光量を受光部で受け、その受光光量からトナー量を推定する手法が知られている。
【０００５】
上記の手法には、次の３種類がある。まず、第１の手法では、像担持体に向けて照射した光が像担持体の表面で鏡面反射する方向に受光部を配置する。そして、像担持体の表面における鏡面反射光量がトナー量に応じて変化する関係に応じてトナー量を推定する。
【０００６】
つまり、像担持体上のトナー量が増加するにつれて、トナーによって像担持体が覆われていくので、鏡面反射光量が減少する。そして、この関係に応じてトナー量を推定することになる。
【０００７】
第２の手法では、トナー粒子を透過する波長の光を像担持体に向けて照射する。そして、照射光が像担持体表面のトナー粒子界面で乱反射することを利用して、乱反射光を受光できる位置に受光部を配置する。
【０００８】
この第２の手法では、トナー量が増加に従って乱反射光が増加する関係によってトナー量を推定する。つまり、像担持体上のトナー量が増加するに従ってトナー界面における乱反射光が増える関係を用い、乱反射光受光量からトナー量を推定している。
【０００９】
さらに、上記の第１及び第２の手法を組み合わせて、検知精度を向上させるとともにダイナミックレンジを向上させるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
ここでは１つの発光素子と２つの受光素子とを備えて、２つの受光素子で感光ドラム等の像担持体及びトナーパッチから反射する異なる種類の反射光をそれぞれ受光する。そして、２つの受光素子の出力の差分に基づいてトナー量を検出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−３９７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上記の第１のトナー量計測手法においては、像担持体の表面に対して斜め方向から光を照射して、像担持体表面に対して鏡面反射する方向へ向かう光を受光するようにしている。
【００１３】
ところが、トナーパッチを像担持体に形成した際には、像担持体の表面がトナーで覆い尽くされ、トナー層が積層された状態になっている。このため、上述のようなトナー量計測手法においては、鏡面反射光の変化からトナー量の増加を精度よく検出することができない。その結果、高濃度トナーパッチに関してはトナー量の検知精度が著しく低下してしまうことになる。
【００１４】
つまり、像担持体の表面がトナー層に覆われた状態から、トナー量が増えたとしても、像担持体の表面に関してその露出量は変化しない。このため、トナー量が増加しても鏡面反射光の光量はほとんど変化せず、トナー量の変化を正しく検知することができない。
【００１５】
さらに、乱反射光量に応じてトナー量を検知する第２の手法においても、像担持体の表面がトナー層に覆われた状態から、トナー量が増えたとしても、トナー量の増加に従って乱反射光は若干増加するが、例えば、四方八方に対して等方向に広がる乱反射光（拡散光）については受光部（受光素子）に達する光量が小さい。
【００１６】
このため、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）は良好ではない。つまり、拡散光の増加の割合はトナー量増加の割合に比べて小さくなり、高濃度のトナーパッチに対しては、トナー量の増加を精度よく検知することが難しい。
【００１７】
このような問題点、つまり、高濃度のトナーパッチのトナー量を精度よく検知することが難しいという問題点は、第１及び第２の手法を組み合わせた場合でも生じる。
【００１８】
また、上記のような問題点に加えて、像担持体の経年変化等による表面状態の変化に対処できないという問題点もある。
【００１９】
具体的には、通紙及び印字を行うに連れて不可避的に像担持体の表面粗さは大きくなる。このように像担時体の表面粗さが大きくなると、像担持体にトナーパッチを形成した際、トナーパッチと像担持体の表面露出部分との間において反射光分布の相違が小さくなる。
【００２０】
このため、上記の第１の手法を用いた場合には、像担持体の表面粗さが大きくなると、正反射（鏡面反射）方向へ向かう光が減少し、像担持体の表面から四方へ散乱する反射光が増加してしまう。
【００２１】
つまり、あたかも、像担持体の表面にトナーが存在して、このトナーによって鏡面反射する方向へ向かう光が減少し、乱反射光が増加するかのような状態となってしまう。その結果、トナー量検知誤差が大きくなる。
【００２２】
上記のようなトナー量の検知誤差は、トナーパッチからの乱反射光を受光する第２の手法においても同様にして生じる問題点である。つまり、像担持体の表面粗さが大きくなると、トナーが存在しなければ本来光が到達するはずのない光が受光部に入射してしまうことになる。
【００２３】
この結果、第２の手法においても、像担持体の表面粗さが大きくなると、あたかもトナー粒子が存在するかのような誤検出が行われてしまう。
【００２４】
従って、本発明の目的は、像担持体上に形成されたトナーパッチ等のトナー像のトナー量を精度よくしかも安定して検知することのできるトナー量計測装置及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達するために、本発明によるトナー量計測装置は、像担持体に形成されたトナー像におけるトナー量を検出するトナー量計測装置において、前記トナー像に光を照射する発光部と、前記トナー像で反射された反射光を受光する受光部と、前記反射光の光量に応じて前記トナー像のトナー量を算出する算出手段とを有し、前記発光部と前記像担持体上における光の照射位置とを結ぶ直線と、前記照射位置と前記受光部とを結ぶ直線とのなす角度が１５度以内となるように、前記受光部が配置されていることを特徴とする。
【００２６】
本発明による画像形成装置は、上記のトナー量計測装置と、該トナー量計測装置で計測された前記トナー量と基準トナー量とに応じて前記トナー像の濃度補正を行う濃度補正手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、受光部を発光部による光の照射方向を基準とする方向に反射された反射光を受光する位置に配置するようにしたので、トナー量の増加に従って増加する光照射方向への反射光量を測定して、階調に拘わらず、Ｓ／Ｎ比の低下を防止して、高い感度でトナー量の計測を行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態によるトナー量計測装置の一例が用いられた画像形成装置を模式的に示す図である。
【図２】図１に示す画像形成装置において画像濃度の補正を行う際の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】図１に示す発光素子１６ａと受光素子１６ｂの配置関係の一例を示す図である。
【図４】図１に示す中間転写ベルト７に形成されたトナーパッチに対して搬送方向上流側から斜め４５度の方向で赤外光を照射した際の反射光量の分布を示す図であり、（ａ）はトナーパッチがラインハーフトーンである場合の反射光量の分布を示す図、（ｂ）はトナーパッチが一層である場合の反射光量の分布を示す図、（ｃ）はトナーパッチが二層である場合の反射光量の分布を示す図、（ｄ）はトナーパッチが三層である場合の反射光量の分布を示す図である。
【図５】図１に示す発光素子１６ａと受光素子１６ｂとの間の角度とトナー粒子単位面積当たりに入射する光束量（つまり、受光光量）との関係を示す図である。
【図６】図１に示す受光素子の受光量と中間転写ベルト上のトナー量との関係を示す図であり、（ａ）は本実施の形態における受光量とトナー量との関係を示す図、（ｂ）は第１の比較例における受光量とトナー量との関係を示す図、（ｃ）は第２の比較例における受光量とトナー量との関係を示す図、（ｄ）は光照射角と受光角との間の角度を変化させた場合における受光量とトナー量との関係を示す図である。
【図７】図１に示す画像形成装置において印字枚数と受光光量（反射濃度）との関係を示す図であり、（ａ）は本実施の形態による印字枚数と受光光量（反射濃度）との関係を示す図、（ｂ）は第１の比較例による印字枚数と受光光量（反射濃度）との関係を示す図、（ｃ）は第２の比較例による印字枚数と受光光量（反射濃度）との関係を示す図である。
【図８】図１に示す中間転写ベルトに形成される傷及び荒れの方向による入射光の反射状態を示す図である。
【図９】図１に示す画像形成装置において発光素子の構造のさらに他の例を示す図であり、（ａ）は発光素子の前面に配置された偏向フィルタを説明するための図、（ｂ）は中間転写ベルトの表面に対する入射角と反射率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態によるトナー量計測装置の一例が用いられた画像形成装置について図面を参照して説明する。
【００３０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態によるトナー量計測装置の一例が用いられた画像形成装置を模式的に示す図である。
【００３１】
なお、図１においては、説明の便宜上、単一色の画像形成のみが示されているが、図示の画像形成装置は、例えば、４色フルカラーの画像形成装置である。また、図示の画像形成装置においては、感光ドラムを露光した結果得られる静電潜像にトナーを付着させる反転現像が用いられる。
【００３２】
図１を参照して、原稿読取装置（リーダー：図示せず）によって原稿が読み取られ、原稿読み取りの結果得られた画像信号（画像データともいう）が画像信号処理回路１に与えられる。なお、図示はしないが、例えば、コンピュータ等の外部装置から画像データを画像信号処理回路１に与えるようにしてもよい。
【００３３】
画像信号処理回路１は画像信号を受けると、当該画像信号に対して画像変換・ラスタライズ処理を行う。つまり、画像信号処理回路１は、画像信号を走査露光のための時系列走査画像データに変換する。
【００３４】
図示の画像形成装置は、例えば、ＯＰＣ又はａ−Ｓｉ製の感光ドラム３（像担持体の１つである）を有しており、この感光ドラム３は図中実線矢印の方向に回転駆動される。帯電装置２は感光ドラム３の表面を均一帯電する。
【００３５】
前述の時系列走査画像データはパルス幅変調回路１３に与えられ、パルス幅変調回路１３は、参照画像信号発生回路１３ａから出力される参照画像信号を参照して時系列走査画像データをパルス幅変調してＰＷＭ信号を出力する。そして、このＰＷＭ信号によって半導体レーザ４が駆動され、半導体レーザ４からレーザビームが出力される。
【００３６】
半導体レーザ４から出力されたレーザビームは、回転多面鏡（図示せず）、レンズ４ａ、及びミラー４ｂを介して、感光ドラム３に照射される。これによって、感光ドラム３の表面には画像データに応じた静電潜像が形成される。
【００３７】
前述したように、図示の例では、反転現像が行われるため、露光量が多ければ、感光ドラム３に付着するトナー量は増加し、露光量が少なければ、感光ドラム３に付着するトナー量は減少することになる。
【００３８】
現像装置５にはトナー粒子とキャリア粒子とが混合された２成分現像剤が収納されている。そして、現像装置５は、感光ドラム３に形成された静電潜像にトナー粒子を静電力によって付着（反転現像）させ、静電潜像を可視画像（トナー像ともいう）とする。
【００３９】
なお、図示の例では、シアン、マゼンダ、及びイエローのカラートナーと、シアン・マゼンダ・イエローを混合して生成してブラックトナーが用いられる。これらのトナーは、後述する赤外発光素子から出力される赤外線（赤外光）の波長に対して光吸収性を有せず、赤外線をほぼ透過する特性を有する。
【００４０】
感光ドラム３に形成されたトナー像は、一次転写位置において一次転写ローラ６に印加された電圧に応じた静電気力によって中間転写ベルト７（像担持体の１つである）の表面に静電転写される（一次転写）。そして、感光ドラム３の表面に残留した転写残トナーは、クリーニング装置８によって除去される。
【００４１】
図示の例では、中間転写ベルト７にはポリイミドが用いられている。そして、中間転写ベルト７上（つまり、像担持体上）に転写されたトナー像は、二次転写位置において、二次転写ローラ９によって中間転写ベルト７から記録紙１０に転写される（二次転写）。
【００４２】
その後、記録紙は定着ユニット（図示せず）に搬送され、ここで、記録紙上の未定着トナー像が定着処理される。そして、記録紙は排出トレイ等に排出される。
【００４３】
なお、中間転写ベルト７に残留した転写残トナーは中間転写ベルト表面クリーニング・ユニット１１によって除去される。
【００４４】
図示の画像形成装置は、トナー量計測装置を有しており、このトナー量計測装置は、基準トナーパッチ信号作成回路１２、基準トナー量記憶テーブル１４、光量補正回路１５、発光素子１６ａ、及び受光素子１６ｂを備えている。
【００４５】
基準トナーパッチ信号作成回路１２は、画像形成装置に備えられた制御部（ＣＰＵ：図示せず）からの指令に応じて基準トナーパッチ信号を作成する。制御部は、例えば、非画像形成の際に上記の指令を基準トナーパッチ信号作成回路１２に与える。
【００４６】
なお、画像形成の際に、画像形成が行われる領域外（非画像形成領域）にトナーパッチを形成するように、基準トナーパッチ信号作成回路１２に指令を与えるようにしてもよい。
【００４７】
基準トナーパッチ信号作成回路１２から出力された基準トナーパッチ信号はパルス幅変調回路１３に与えられ、パルス幅変調回路１３は基準トナーパッチ信号をパルス幅変調して、基準ＰＷＭ信号として出力する。半導体レーザ４は基準ＰＷＭ信号に応じて駆動される。
【００４８】
これによって、前述したように、感光ドラム３に静電潜像が形成される。そして、感光ドラム３上の静電潜像が現像され、基準トナーパッチとされる。その後、基準トナーパッチはトナー量計測用パッチとして中間転写ベルト７に転写される。
【００４９】
ここで、前述のトナー量計測用パッチは、例えば、画像濃度補正又は色安定化のために用いられる。トナー量計測用測定パッチは、例えば、２ｃｍ×２ｃｍの四角形状であり、このようなパッチが複数の中間転写ベルト７上に搬送方向に所定の間隔で形成される。複数のパッチは、ハイライト階調（０．１ｍｇ／ｃｍ２）、中濃度階調（０．３ｍｇ／ｃｍ２）、及び高濃度階調（０．５ｍｇ／ｃｍ２）の３階調のいずれかである。
【００５０】
なお、階調の異なるパッチを形成する際には、パルス幅変調による光強度変調を用いることなく、スクリーンを用いて階調を変化させるようにしてもよい。スクリーンを用いて階調の異なるパッチを形成する際には、階調変換用のルックアップテーブルが用いられる。
【００５１】
図２は、図１に示す画像形成装置において画像濃度の補正を行う際の動作を説明するためのフローチャートである。
【００５２】
図１及び図２を参照して、画像濃度補正を行う際には、基準トナーパッチ信号作成回路１２は、制御部から指令された階調パッチ濃度に応じて基準トナーパッチ信号を出力する（ステップＳ２０１）。これによって、前述したようにして、基準パッチが中間転写ベルト７に形成される（ステップＳ２０２）。
【００５３】
続いて、発光素子１６ａから光が基準パッチに照射され、その反射光が受光素子１６ｂで受光される。受光素子１６ｂで受光された光の強度（光量）を示す光強度信号が光量補正回路１５に与えられる。光量補正回路１５は光強度信号に応じてトナー濃度を算出する。
【００５４】
つまり、光強度信号が示す光量とトナー濃度との関係が予め光量補正回路１５に設定されており、光量補正回路１５はこの関係を参照して光強度信号が示す光量からトナー濃度を算出トナー濃度として求める（ステップＳ２０３）。
【００５５】
一方、基準トナーパッチ信号で規定されたトナー濃度（トナー量）が基準トナー量として基準トナー量記憶テーブル１４に格納されている。この基準トナー量記憶テーブル１４には階調パッチ濃度毎にその基準トナー量が設定されているものとする。
【００５６】
光量補正回路１５は基準トナー量と算出トナー濃度（つまり、算出トナー量）とを比較して、算出トナー量が基準トナー量よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２０４）。算出トナー量が基準トナー量よりも大きいと（ステップＳ２０４において、ＹＥＳ）、光量補正回路１５は光量を減少させるための光量減少信号を出力する（ステップＳ２０５）。そして、光量補正回路１５は処理を終了する。
【００５７】
つまり、光量補正回路１５は算出トナー量と基準トナー量との差分（絶対値）を画像信号処理回路１から出力される時系列走査画像データから減ずることになる。
【００５８】
一方、算出トナー量が基準トナー量以下であると（ステップＳ２０４において、ＮＯ）、光量補正回路１５は、算出トナー量が基準トナー量よりも小さいか否かについて判定する（ステップＳ２０６）。そして、算出トナー量が基準トナー量よりも小さいと（ステップＳ２０６においてＹＥＳ）、光量補正回路１５は光量を増加させるための光量増加信号を出力する（ステップＳ２０７）。
【００５９】
つまり、光量補正回路１５は算出トナー量と基準トナー量との差分（絶対値）を画像信号処理回路１から出力される時系列走査画像データに加算することになる。なお、ステップＳ２０６において、算出トナー量が基準トナー量よりも少ないと（ステップＳ２０６においてＮＯ）、光量補正回路１５は算出トナー量と基準トナー量とが等しいと判断して、処理を終了する。
【００６０】
このようにして、トナー量計測装置によって、中間転写ベルト７に形成されたトナーパッチのトナー量を計測して、この計測トナー量（算出トナー量）と基準トナー量とを比較する。そして、その比較結果に応じて、感光ドラム３の露光量を調整して、濃度補正を行うことになる。つまり、パルス幅変調回路１３におけるパルス変調幅を調整して、濃度補正制御が行なわれることになる。
【００６１】
ここで、図１に示すトナー量計測装置で用いられる発光素子１６ａ及び受光素子１６ｂの配置と構造について説明する。
【００６２】
図３は図１に示す発光素子１６ａと受光素子１６ｂの配置関係の一例を示す図である。
【００６３】
図１及び図３を参照して、図示の発光素子１６ａ及び受光素子１６ｂはトナー量を検出するためのトナー量検出装置である。前述のように、感光ドラム３に形成されたトナー量計測用パッチ（トナーパッチ）は、中間転写ベルト７に転写され、発光素子１６ａ及び１６ｂを用いて中間転写ベルト７上のトナーパッチのトナー量が検出される。
【００６４】
図１に示すように、発光素子１６ａ及び受光素子１６ｂは中間転写ベルト７表面の上方に配置されている。具体的には、発光素子１６ａと中間転写ベルト７上における光の照射位置とを結ぶ直線と、発光素子１６ａからの光の照射位置と受光素子１６ｂとを結ぶ直線とのなす角度αが１５度以内となるように、発光素子１６ａと受光素子１６ｂが配置されている。また、発光素子１６ａと照射位置とを結ぶ直線と、照射位置における中間転写ベルト７上の外周に対する法線とのなす角度が１５度以上となるように、発光素子１６ａが配置されている。図３の例では、発光素子１６ａと照射位置１７とを結ぶ直線と、照射位置１７における中間転写ベルト７上の外周に対する法線とのなす角度を４５度とした。
【００６５】
発光素子１６ａは赤外光（波長７２０ｎｍ）をトナーパッチに照射する。受光素子１６ｂは、発光素子１６ａに隣接して配置されている。発光素子１６ａから直接赤外光が受光素子１６ｂで受光されることを防止するため、発光素子１６ａと受光素子１６ｂとの間には隔壁１６ｃが設けられている。
【００６６】
図４は、図１に示す中間転写ベルト７に形成されたトナーパッチに対して搬送方向上流側から斜め４５度の方向で赤外光を照射した際の反射光量の分布を示す図である。そして、図４（ａ）はトナーパッチがラインハーフトーンである場合の反射光量の分布を示す図であり、図４（ｂ）はトナーパッチが一層である場合の反射光量の分布を示す図である。さらに、図４（ｃ）はトナーパッチが二層である場合の反射光量の分布を示す図であり、図４（ｄ）はトナーパッチが三層である場合の反射光量の分布を示す図である。
【００６７】
図１及び図４を参照して、いま、中間転写ベルト７の表面が平滑であるとする。この場合、中間転写ベルト７に照射された赤外光は、中間転写ベルト７の表面で正（鏡面）反射されるか又はその内部で吸収・乱反射される。図示の例では、発光素子１６ａは中間転写ベルト７表面に立てた垂線には対して４５度の方向に配置されている。
【００６８】
このため、鏡面反射光は発光素子１６ａ及び受光素子１６ｂの方向に向かうことなく、発光素子１６ａ及び受光素子１６ｂが配置された箇所とは逆方向に向うことになる。つまり、鏡面反射光は、中間転写ベルト７に立てた垂線に対して入射光と軸対称の方向に向うことになる。
【００６９】
一方、中間転写ベルト７の内部に吸収されて乱反射した赤外光は、光照射領域から周囲の全方向に等方的に広がる。よって、発光素子１６ａ及び受光素子１６ｂが配置された箇所に戻って受光素子１６ｂによって受光される乱反射光の受光量は非常に小さい。つまり、中間転写ベルト７にトナー粒子が存在しない場合には、受光素子１６ｂが出力する信号強度は暗電流に等しいといえる。
【００７０】
トナー粒子が中間転写ベルト７上に存在する場合には、トナー粒子は閉曲面形状であるため、必ず受光素子１６ｂの方向を向くトナー粒子の表面が存在する。つまり、トナー粒子で反射された反射光の少なくとも一部は必ず受光素子１６ｂに向うことになる。
【００７１】
さらに、発光素子１６ａからトナー粒子の表面が受ける照度及び単位面積当たりに入射する光束量は、トナー粒子の発光素子１６ａを向く面ほど大きいことになる。言い換えると、トナー粒子の表面には必ず発光素子１６ａを向く部分があり、この部分はトナー粒子の他の部分よりも遥かに明るく照らされるため、反射光が強くなる。
【００７２】
上述のように、中間転写ベルト７上にトナー粒子が存在すると、トナー粒子で反射された赤外光が受光素子１６ｂに入射することになる。入射赤外光の入射方向と受光方向との角度をθとすれば、トナー粒子の単位面積当たりに入射する光束量はＣＯＳθ／２に比例する。
【００７３】
図５は、図１に示す発光素子１６ａと受光素子１６ｂとの間の角度とトナー粒子単位面積当たりに入射する光束量（つまり、受光光量）との関係を示す図である。
【００７４】
図５に示すように、発光素子１６ａと受光素子１６ｂとの角度、つまり、光照射角と受光角との間の角度を変化させると、トナー粒子単位面積当たりに入射する光束量が低下する。よって、反射光は入射光方向と同方向に対しては強く、入射光方向から離れるに従ってその光束量が弱くなる。
【００７５】
トナー粒子からの反射光は、中間転写ベルト７の内部に吸収されて乱反射した光に比べてその割合が多い。前述のように、中間転写ベルト７上にトナー粒子が存在しない場合には、受光素子１６ｂの出力信号強度はほぼゼロである。
【００７６】
一方、中間転写ベルト７上のトナー粒子が増加するに従って、受光素子１６ｂの出力信号強度は単調に増加する。よって、受光素子１６ｂの出力強度に応じて中間転写ベルト７上のトナー量を求めることができる。
【００７７】
図６は、図１に示す受光素子１６ｂの受光量と中間転写ベルト７上のトナー量との関係を示す図である。そして、図６（ａ）は本実施の形態における受光量とトナー量との関係を示す図であり、図６（ｂ）は第１の比較例における受光量とトナー量との関係を示す図である。また、図６（ｃ）は第２の比較例における受光量とトナー量との関係を示す図であり、図６（ｄ）は光照射角と受光角との間の角度を変化させた場合における受光量とトナー量との関係を示す図である。
【００７８】
ここで、第１の比較例においては、中間転写ベルト７に向けて赤外光を照射してその表面で鏡面反射した方向に受光素子１６ｂが配置されている。また、第２の比較例においては、トナー粒子による乱反射光を受光可能な位置に受光素子１６ｂが配置されている（発光素子１６ａに対して角度４５度離れた位置に受光素子１６ｂは配置される）。
【００７９】
なお、本実施の形態と第１及び第２の比較例ともに発光素子１６ａは中間転写ベルト７に対して斜め４５度の方向に配置されているものとする。
【００８０】
ところで、トナー粒子で反射された反射光（つまり、鏡面反射光）は、入射光方向と同方向に対しては強く、入射光方向から離れるにしたがい弱くなる。本実施の形態においては、発光素子１６ａに隣接して受光素子１６ｂが配置されているため、図６（ａ）に示すように、中間転写ベルト７上のトナー量が増加するにつれて受光素子１６ｂにおける受光量が増加する。
【００８１】
一方、第１の比較例においては、鏡面反射した方向に受光素子１６ｂが配置されているので、図６（ｂ）に示すように、中間転写ベルト７上のトナー量が増加するにつれて一旦受光素子１６ｂにおける受光量が減少する。そして、トナー量が約０．４ｍｇ／ｃｍ２を越えると、受光量が徐々に増加することが分かる。
【００８２】
また、第２の比較例においては、乱反射光を受光可能な位置に受光素子１６ｂが配置されているので、図６（ｃ）に示すように、中間転写ベルト７上のトナー量が増加するにつれて受光素子１６ｂにおける受光量が増加する。ところが、トナー量が一旦受光素子１６ｂにおける受光量が減少する。そして、トナー量が約０．４ｍｇ／ｃｍ２を越えると、受光量の増加が低下し、フラットな状態となることが分かる。
【００８３】
さらに、図６（ｄ）に示すように、本実施の形態において、光照射角と受光角との間の角度を変化させると、光照射角と受光角との間の角度が大きくなるにつれて受光量が低下することが分かる。
【００８４】
前述のように、本実施の形態においては、中間転写ベルト７上のトナー量が増加するにつれて受光量が単調に増加する。そして、中間転写ベルト７の表面がトナー粒子で覆い尽されて、そして、トナー量がさらに増加してトナー層が増えていっても、受光素子１６ｂの出力信号強度は低下することなく単調に増加する。
【００８５】
本実施の形態においては、発光素子１６ａから照射されて界面で反射しなかった赤外光は、トナー粒子に吸収されることなく透過する。そして、トナー量が多い場合、つまり、トナーが多層を構成する場合には、あたかも発光素子１６ａの方向を向く面が増加して、発光素子１６ａの方向、つまり、受光素子１６ｂの方向に反射される光が増加する。
【００８６】
これによって、本実施の形態では、トナー量がさらに増加してトナー層が増えていっても、受光素子１６ｂの出力信号強度は低下することなく単調に増加することになる。
【００８７】
図４（ａ）〜図４（ｄ）に示すように、中間転写ベルト７上のトナー層が増えるについて、発光素子１６ａ、つまり、受光素子１６ｂの方向に反射される光が増加する。ライトハーフトーンの場合には、中間転写ベルト７に立てた垂線に対して対称な方向への反射光が多いが、トナー層の構成が増加するにつれて、発光素子１６ａの方向に反射される光が増加することが分かる。
【００８８】
つまり、トナー層が増加するにつれて、反射面が多くなって発光素子１６ａの側へ反射する反射の光量が増加する。このため、トナー層が厚く積みあがって、中間転写ベルト７の表面がトナー層で覆い尽くされている高濃度パッチに対しても、本実施の形態では精度よくトナー量の検出を行うことができる。
【００８９】
従って、本実施の形態によるトナー量計測装置を用いれば、トナー量増加を反映させて、受光素子１６ｂからＳ／Ｎ比（信号対残音比）の高い出力信号を得ることができる。つまり、高精度にしかも広い階調にわたってトナー量を計測することができることになる。
【００９０】
ところで、図１に示すトナー量計測装置を用いて、受光素子１６ｂで受光された受光量からトナー量を算出する場合、この算出は、例えば、当該トナー量計測装置を画像形成装置に取り付ける際に行われる。なお、画像形成装置の調整の際に当該算出を行うようにしてもよい。
【００９１】
上記の算出に当たっては、受光素子１６ｂから出力される出力信号と目標トナー量（基準トナー量）との関係が、図１に示す基準トナー量記憶テーブル１４に設定される。そして、濃度補正の際には、前述したように、基準トナー量記憶テーブル１４を用いて濃度補正が行われる。
【００９２】
なお、濃度補正を行う際には必ずしもトナーパッチを形成する必要はなく、例えば、読み取りスキャナ等を用いて、印刷画像を読み取ってその濃度を得て、別に得られた受光素子１６ｂの出力信号を濃度換算し比較するようにしてもよい。
【００９３】
再び図６を参照して、いま、中間転写ベルト７の表面は荒れておらず、平滑な状態であるものとする。なお、ここでは、イエロートナーを用いて中間転写ベルト７上にトナーバッチを形成している。
【００９４】
前述のように、本実施の形態においては、トナー量を反映させた受光量を検出することできるが、第１の比較例においては、０．４ｍｇ／ｃｍ２程度のトナー量まではトナー量と受光量の対応がとれるものの、それ以降のトナー量においては、トナー量と受光量との対応がとれない。つまり、第１の比較例においては、トナー量が低濃度〜中間濃度までの範囲においてのみ中間転写ベルト７上のトナー量を検出できるだけである。
【００９５】
また、第２の比較例においては、高濃度においてもトナー量と受光量との対応がとれているものの、トナー量の変化に対する受光量の変化が小さいため、検出感度が低くなってしまう。その結果、トナー量検出に対するＳ／Ｎ比は低くなってしまう。
【００９６】
続いて、上述の本実施の形態と第１及び第２の比較例とよるトナー量検知結果に応じて濃度補正を行った場合について説明する。ここでは、濃度補正として半導体レーザ４の光量補正を行った場合について説明する。
【００９７】
図７は図１に示す画像形成装置において印字枚数と受光光量（反射濃度）との関係を示す図である。そして、図７（ａ）は本実施の形態による印字枚数と受光光量（反射濃度）との関係を示す図であり、図７（ｂ）は第１の比較例による印字枚数と受光光量（反射濃度）との関係を示す図である。また、図７（ｃ）は第２の比較例による印字枚数と受光光量（反射濃度）との関係を示す図である。
【００９８】
図７（ａ）〜（ｃ）においては、ハイライト階調（０．５）、中間調階調（１．０）、及び高濃度階調（１．５）のトナーパッチを中間転写ベルト７に形成して、印字枚数に対して反射濃度がどのように推移をしたかを示している。
【００９９】
図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、露光量補正を行った場合、連続印字における各階調の濃度安定性は本実施の形態が最も安定していることが分かる。特に、第１及び第２の比較例１においては、高濃度階調において濃度安定性に欠けているが、本実施の形態においては、高濃度階調においても濃度が安定していることが分かる。
【０１００】
以上のように本実施の形態では、トナー量の増加に対して受光素子１６ｂの出力信号強度が単調に増加し、精度よくトナー量の推定を行うことができる。本実施の形態では、ハイライト階調（０．１ｍｇ／ｃｍ２）、中濃度階調（０．３ｍｇ／ｃｍ２）、及び高濃度階調（０．５ｍｇ／ｃｍ２）のいずれのトナーパッチに対しても、高精度にトナー量の推定を行うことができる。
【０１０１】
よって、本実施の形態によるトナー量推定を用いてパルス幅変調の補正を行えば、画像形成装置の出力特性に変化が生じても、目標階調となるように容易に調整を行うことができる。
【０１０２】
一方、第１の比較例では、中濃度階調（０．３ｍｇ／ｃｍ２）〜高濃度階調（０．５ｍｇ／ｃｍ２）のトナーパッチにおいては、受光素子１６ａの受光信号強度においてその変化量が小さくなって、ほとんど変化がみられない。
【０１０３】
このため、第１の比較例１においては、中濃度階調〜高濃度階調のトナーパッチについてはパルス幅変調の調整を精度よく行うことができない。その結果、画像形成装置の出力特性が生じた場合、特に、中濃度階調〜高濃度階調において、出力画像濃度を安定化することが困難である。
【０１０４】
さらに、第２の比較例２の場合には、ハイライト階調、中濃度階調、及び高濃度階調において、トナー量の増加に従って受光量の変化は見られるものの、全階調において受光量が少なく、その結果、Ｓ／Ｎ比の低下が避けられない。
【０１０５】
その結果、受光量とトナー量との対応関係にバラツキがある。つまり、受光素子の出力信号強度からトナー量を算出・推定する際の誤差が大きくなってしまう。このため、画像形成装置の出力特性に変化が生じた場合、目標階調からのズレが生じてしまい、長期に亘る出力安定性が低下する。
【０１０６】
図８は、図１に示す中間転写ベルト７に形成される傷及び荒れの方向による入射光の反射状態を示す図である。
【０１０７】
図８に示すように、クリーニング部材１１と中間転写ベルト７との摺擦等に起因して、中間転写ベルト７には傷等がその移動方向に沿って生じる。ところが、上述のように配置された発光素子１６ａに隣接して受光素子１６ｂを配置すると、中間転写ベルト７の動方向に沿って生じた傷の溝斜面が受光素子１６ｂの方向に正対することはない。
【０１０８】
この結果、表面が荒れた中間転写ベルト７であっても、発光素子１６ａから照射された赤外光が中間転写ベルト７において鏡面反射しても、受光素子１６ｂに反射光が戻ってくることはない。
【０１０９】
このため、中間転写ベルト７の回転・移動・摩擦等に起因して、中間転写ベルト７の表面に荒れ・キズが生じても、受光素子１６ａが出力する信号強度は、中間転写ベルト７の表面が平滑であるな場合と同様に小さく、ほぼゼロである。
【０１１０】
中間転写ベルト７の表面が荒れた状態で、第１及び第２の比較例と比較したところ、第１及び第２の比較例では、トナー量に関わらず、ほぼ一定量の受光量となり、パルス幅変調の調整によって濃度補正を行うことは困難であった。
【０１１１】
一方、本実施の形態のように、発光素子１６ａ及び受光素子１６ｂを配置すると、中間転写ベルト７の表面が荒れているにも関わらず、トナー量が増加するに従って受光量が増えるという関係が確認できた。
【０１１２】
つまり、本実施の形態のように、発光素子１６ａ及び受光素子１６ｂを配置すれば、中間転写ベルトの表面状態に関わらず、トナー量を精度よく検知することができる。その結果、パルス幅変調を調整して濃度補正を行えば出力画像濃度を安定させることができることが確認できた。
【０１１３】
（第２の実施形態）
続いて、第２の実施形態について説明する。図９は、図１に示す画像形成装置において発光素子１６ａの構造のさらに他の例を示す図である。そして、図９（ａ）は発光素子１６ａの前面に配置された偏向フィルタ１６ｄを説明するための図であり、図９（ｂ）は中間転写ベルト７の表面に対する入射角と反射率との関係を示す図である。
【０１１４】
図示の例では、発光素子１６ａの前面側に偏向フィルタ１６ｄが配置されている。この偏向フィルタ１６ｄは、発光素子１６ａから出力される光の偏向比率を、Ｓ波（Ｓ偏光）を主体とする。
【０１１５】
いま、照射光の偏光比率を、中間転写ベルト７の表面を基準としてＳ波主体とすると、照射光の中間転写ベルト７内部への侵入を減少させて、拡散光が減少することが確認できた。中間転写ベルト７内部に侵入して拡散する光は、光量としては弱いとはいえ、この拡散光は受光素子１６ｂに入射する。
【０１１６】
トナー粒子が中間転写ベルト７上に存在しない場合でも、受光素子１６ｂに受光される光があると、トナー量の増加に対する光量の増加によってトナー量を算出・推定しようとする際には、当該光がノイズの原因となる。つまり、Ｓ／Ｎ比が低下する原因となる。
【０１１７】
図９（ｂ）に示すように、中間転写ベルト７に光を照射した際、Ｓ波はＰ波に比べて反射率が高く、入射角が大きくなるにつれてその反射角が単調に増加する。一方、Ｐ波は入射角が大きくなっても、入射角が７０度程度までは反射率が低減し、入射角が８０度を過ぎると反射率が急激に増加する。
【０１１８】
このことは、入射角が８０度程度以下においては、Ｓ波は中間転写ベルト７に侵入しやすく、その結果、中間転写ベルト７から拡散光が生じることを意味している。一方、Ｓ波の場合には、入射角の全領域でＰ波よりも反射率が高く、中間転写ベルト７内に光が入射することが少なく、結果的に、中間転写ベルト７からから拡散光が発生することが少ない。
【０１１９】
このように、中間転写ベルト７の表面に対する照射光の偏光比率を、中間転写ベルト７の表面を基準としてＳ波を主体とすれば、中間転写ベルト７から拡散する光を減少させることが可能となる。その結果、Ｓ／Ｎ比の低下を防止することができ、精度よくトナー量の検知を行うことができる。
【０１２０】
上述の例では、偏光比率を変化させるために偏光フィルタを用いたが、例えば、発光素子１６ａの前面に透明板を配置し、光の入射角に対し偏光方向に依存して透過率が異なる特性等を利用するようにしてもよい。いずれにしても、中間転写ベルト７に対する照射光の偏光比率を変化させる手法を用いるようにすればよい。
【０１２１】
また、入射光（つまり、基準方向）に対して角度１５度以内で反射光を受光することが望ましい。基準方向に対して角度１５度以上離れて受光すると、第２の比較例と同様の出力強度となってしまい、十分なＳ／Ｎ比を確保することが難しいことが確認できた。
【０１２２】
上述の例では、像担持体として中間転写ベルト７を例に挙げて説明したが、感光ドラム等の像担持体にトナーパッチを形成して、その濃度を検出する際においても同様にして適用することができる。
【０１２３】
なお、上述の説明から明らかなように、図１に示す光量補正回路１５が、中間転写ベルト７等の像担持体に形成されたトナー像（トナーパッチ）におけるトナー量を検出する際、発光素子１６ａ（発光部）で照射された光の反射光を受光素子１６ｂ（受光部）で受光した際の光量に応じてトナー像のトナー量を算出する算出手段として機能する。そして、受光部は発光部による光の照射方向を基準とする方向に反射された反射光を受光する位置に配置されていることになる。
【符号の説明】
【０１２４】
１  画像信号処理回路
３  感光ドラム
４  半導体レーザ
７  中間転写ベルト
１２  基準トナーパッチ信号作成回路
１３  パルス幅変調回路
１４  基準トナー量記憶テーブル
１５  光量補正回路
１６ａ  発光素子
１６ｂ  受光素子
【図１】
2012013768.tif 000003
【図２】
2012013768.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2012013768.tif 000008
【図７】
2012013768.tif 000009
【図８】
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【図９】
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