(57)【要約】【課題】測定対象からの反射光のＰ偏光成分とＳ偏光成分を分離し、それぞれの検知信号を基にトナー付着量を測定する際、測定光のパワーを高くするといった条件を付加することなく、トナー付着量が多くなる領域において測定精度を向上させる。【解決手段】トナーが付着された像担持体からの反射光のＰ偏光成分とＳ偏光成分の受光信号ａ，ｂを検出し、検出される受光信号ａ，ｂを入力する信号処理回路２００で偏光度変換器２０３で偏光度を求める信号処理を行う。偏光度は、（Ｐ偏光−Ｓ偏光）／(Ｐ偏光＋Ｓ偏光)で、Ｐ偏光成分が多いかＳ偏光成分が多いかの偏光状態の度合いを意味する。受光信号を処理し、得られる偏光度とトナー付着量は、トナー付着量ゼロで偏光度は最大値で、トナー付着量が多くなるにしたがって受光信号はリニアに減少する、という関係になるので、従来法に比べ、トナー付着量が多くなる領域において測定精度が向上する。【選択図】図４
2012118478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーが付着された像担持体へ光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段によって照射される前記像担持体及び前記トナーからの反射光を受光し受光量に応じた信号を出力する受光手段と、
前記受光手段の出力信号をトナー付着量の信号へ処理する信号処理手段と
を有するトナー付着量測定装置であって、
前記受光手段は、Ｐ偏光成分受光部とＳ偏光成分受光部を有し、
前記信号処理手段は、前記Ｐ偏光成分受光部の出力Ｐ及び前記Ｓ偏光成分受光部の出力Ｓをもとに、出力Ｐと出力Ｓの和及び出力Ｐと出力Ｓの差を求め、求めた和に対する差の比を偏光度として計算する偏光度計算部と、前記偏光度計算部によって算出した偏光度に基づいて、予め定められた偏光度とトナー付着量の関係からトナー付着量を求めるトナー付着量取得処理部を有した
ことを特徴とするトナー付着量測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたトナー付着量測定装置において、
前記光照射手段と前記受光手段は、トナーに対してブリュースター角を満たす関係に設けた
ことを特徴とするトナー付着量測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載されたトナー付着量測定装置において、
前記受光手段を複数有し、
前記光照射手段と前記複数の受光手段の一方は、トナーに対してブリュースター角を満たす関係に設け、
前記光照射手段と前記複数の受光手段の他方は、像担持体に対してブリュースター角を満たす関係に設けた
ことを特徴とするトナー付着量測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載されたトナー付着量測定装置において、
前記受光手段は複数のレンズを同一基板上に有するレンズアレイと、
前記レンズアレイの各レンズを透過した光束に応じて領域分割されたフィルタと、
前記フィルタの各領域を通過した光を受光する複数の受光部とを有した
ことを特徴とするトナー付着量測定装置。
【請求項５】
画像データに基づいて生成した静電潜像をトナーにより現像し、前記像担持体にトナー像を形成する画像形成手段と、
請求項１乃至４のいずれかに記載されたトナー付着量測定装置を有した
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
トナーが付着された像担持体へ光を照射し、
照射される前記像担持体及び前記トナーからの反射光のＰ偏光成分とＳ偏光成分をそれぞれ受光し受光量に応じた受光信号に変換し、
前記Ｐ偏光成分の受光信号Ｐと前記Ｓ偏光成分の受光信号Ｓをもとに、受光信号Ｐと受光信号Ｓの和及び受光信号Ｐと受光信号Ｓの差を求め、求めた和に対する差の比を偏光度として計算し、
算出した偏光度に基づいて、予め定められた偏光度とトナー付着量の関係からトナー付着量を求める
ことを特徴とするトナー付着量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式による画像形成プロセスを管理するために用いる装置に関し、より詳しくは、像担持体上のトナー付着量を管理するために用いるトナー付着量測定装置、トナー付着量測定方法及び当該トナー付着量測定装置を搭載した画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子写真方式の画像形成装置はカラー化が進んでおり、多重現像方式、中間転写方式、静電転写ベルト方式といった、それぞれ画像形成プロセスを異にした各種方式が採用されている。何れの方式においても、使用する環境の変化やプリント枚数等諸種の設定条件の違いといった変動要素の影響が画像濃度変動に現れ、意図する本来の色調が得られなくなってしまうという問題点がある。
このような問題への対処法として、各色のトナーで濃度検知用トナー像（パッチ）を試験的にそれぞれ形成し、付着したトナー量を濃度センサで検知して画像形成条件にフィードバックするという画像濃度制御が一般に行われている。通常、画像濃度制御は、先ず、各色の最大濃度を一定に保つことを目的とする最大濃度制御が実施され、続いて、ハーフトーンの階調特性を画像信号に対して常に一定に保つことを目的とするハーフトーン制御が実施される。なお、パッチは、多重現像方式では感光体を下地に、中間転写方式では中間転写体を下地に、静電転写ベルト方式では静電転写ベルトを下地にして形成する方法をとることが一般的である。 
【０００３】
上記のトナーパッチの検知に用いられている、トナー付着量を測定する濃度センサの従来技術について、次に説明する。
図１１は、パッチのトナー付着量を測定する従来の濃度センサについて、その１例の光学系と測定動作を説明する図である。同図において、光照射手段１０１はＬＥＤ等の発光素子であり、受光手段１０２はフォトダイオード等の受光素子である。また、図１１中のＬ１は発光素子から照射される測定光を表し、Ｌ２は受光素子に入射されるパッチ１０９の下地、即ち、像担持体１０８表面からの反射光を表している。θｉｎは発光素子（Ｌ１の照射方向）と像担持体１０８表面の法線とがなす角度を表し、θｏｕｔは受光素子（Ｌ２の入射方向）と像担持体１０８表面の法線とがなす角度を表している。同図示の光学系では、θｉｎ＝θｏｕｔに設定して測定光Ｌ１の正反射光（鏡面反射光）が受光素子に入射される反射光Ｌ２となるように配置されている。
【０００４】
発光素子から測定光Ｌ１が照射されると、像担持体１０８（パッチ１０９の下地）表面から反射された光Ｌ２が受光素子に入射し、受光信号が出力される。パッチ１０９のトナー付着量が多い場合、反射光Ｌ２がトナーによって多く遮光されるので受光素子の受光量が減少し、パッチ１０９のトナー付着量が少ない場合、上記とは逆に反射光Ｌ２が多くなるので受光素子の受光量が増大する。即ち、パッチ１０９が像担持体１０８（下地）を覆い尽くしている場合に受光信号が最小となり、パッチ１０９が存在しない場合に受光信号が最大となる。
図１２は、上記濃度センサで反射率がほぼゼロのトナーを検知した場合のトナー付着量の検知結果を示すグラフである。横軸はトナー付着量、縦軸は受光量である。トナー付着量が増加するに従って受光量が減少しており、トナーの反射率がゼロという理想状態では、グラフに示される関係から受光量をもとに正確にトナー付着量を測定できる。
【０００５】
ただ、実際には、トナーの反射率がゼロということはなく、特にマゼンタ、シアン、イエロー等の色トナーの反射率はゼロから相当離れた値を有する。
図１３は、濃度センサ（図１１）で相当の反射率を有する色トナーを検知した場合のトナー付着量の検知結果を示すグラフである。横軸はトナー付着量、縦軸は受光量である。同図に示すように、最初はトナー付着量が増加するに従って受光量も減少しているが、トナー付着量が或る一定量（図中、「Ｐ」にて示す）に達すると、逆に受光量が増大しており、トナー付着量が多くなる「Ｐ」点を中心にする領域でトナー付着量を正確に測定できない。
【０００６】
この現象について、図１１と同様の光学系によって色トナーパッチを測定する際の動作について示す図１４を参照して説明する。受光手段１０２に入射するパッチ１０９の下地、即ち、像担持体１０８表面から反射された光Ｌ２は下地表面上のトナー付着量が多くなると減少する一方、パッチ１０９の色トナーは相当の反射率を持つので、トナー部分による散乱反射光成分である反射光Ｌ３が受光素子に入射してしまう。よって、反射率ゼロの理想トナーと違い、実際の色トナーの場合、トナー付着量が多くなると下地表面からの反射光Ｌ２は減少するにも拘らず、パッチ１０９のトナー部分による反射光Ｌ３が増大するため、図１３に示すような検知結果となる。
したがって、従来技術では、像担持体１０８（下地）からの反射光Ｌ２とパッチ１０９のトナー部分からの反射光Ｌ３とを確実に分離することができないため、検知精度上に問題が生じていた。
【０００７】
上記問題に対し、偏光光を利用して像担持体とトナー像との反射光を分離する手段を用いることを解決方法とする提案が、例えば、特許文献１及び２でなされた。
特許文献１（特開平６−２５０４８０号公報）は、測定光部及び受光部の両方に偏光素子を使用して、像担持体上のトナーへ単一偏光光を照射し、反射した光のうち照射した偏光と同一の偏光と異なる偏光を選択受光して、各受光出力に一定係数を乗じて減算することでトナー付着量を測定する、としている。
特許文献２（特開２００６−２２０８１１号公報）は、受光部のみに偏光素子を使用して、像担持体上のトナーへ像担持体に対するブリュースター角で光を照射し、反射した光のうちＰ偏光成分を選択受光してトナー付着量を測定する、としている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、実際には像担持体やトナーは、各々表面形状や状態により反射率が異なるため、偏光光を利用しても像担持体とトナー像との反射光を完全に分離することは、特許文献１及び２を含め従来技術ではできない。
特許文献１で提案された方法を例に、この点を検討すると、像担持体表面からの反射光はＳ偏光成分が多く、Ｐ偏光成分は少なくなるのに対し、トナー像からの反射光の偏光状態はＳ偏光とＰ偏光が混ざった偏光となる。これらの反射光が混ざった光は、偏光分離プリズムによってＰ偏光とＳ偏光に分離されて各々のフォトダイオードで検知される。
ここで、この従来例では、像担持体表面からの反射光はＳ偏光成分のみであると近似し、トナー像からの反射光はＰ偏光成分とＳ偏光成分は比例関係（一定係数αで関係付けられる）で混ざっていることから、Ｓ偏光を検知するフォトダイオードの受光信号値からＰ偏光を検知するフォトダイオードの受光信号値を上記一定係数α倍した値を引くことで、像担持体表面からの反射光（Ｓ偏光）のみによる受光信号を得ることを可能としている。
【０００９】
図１５は、この従来例の測定法によって得られる受光信号計算値とトナー付着量の関係を示すグラフである。同図において、Ｓ偏光を検知するフォトダイオードの受光信号値からＰ偏光を検知するフォトダイオードの受光信号値をα倍した値を引いた値（受光信号計算値）を縦軸、トナー付着量を横軸にとった図であり、トナーが存在しない場合には受光信号は最大値をとり、トナー付着量が多くなるにしたがって受光信号は減少しているため、この関係からトナー付着量を測定することは可能である。ただ、このグラフに示すように、トナー付着量が多くなる領域においては、十分な濃度階調が得られず、トナー付着測定精度は悪くなっている（図１５の破線で示した領域）。
【００１０】
このトナー付着量が多くなる領域における測定精度は、特に反射光のパワーが非常に小さくなることから、受光素子の検知信号においてノイズが増大し、さらに測定精度を悪化させる。反射光のパワーが低いために測定光の照射パワーを高くした場合、受光信号が飽和してしまいトナー付着量の測定に十分な検知精度が得られないといった問題もある。
また、高パワーの発光素子を用いた場合、消費パワーの増大や信頼性劣化という別の不具合が発生する。
本発明は、上記従来技術により生じる問題を解決すべくなされたもので、その目的は、測定対象からの反射光のＰ偏光成分とＳ偏光成分を分離し、それぞれの受光信号に基づいてトナーの付着量を測定する際に、測定光のパワーを高くするといった条件を付加することなく、トナー付着量の測定精度の向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、トナーが付着された像担持体へ光を照射する光照射手段と、前記光照射手段によって照射される前記像担持体及び前記トナーからの反射光を受光し受光量に応じた信号を出力する受光手段と、前記受光手段の出力信号をトナー付着量の信号へ処理する信号処理手段とを有するトナー付着量測定装置であって、前記受光手段は、Ｐ偏光成分受光部とＳ偏光成分受光部を有し、前記信号処理手段は、前記Ｐ偏光成分受光部の出力Ｐ及び前記Ｓ偏光成分受光部の出力Ｓをもとに、出力Ｐと出力Ｓの和及び出力Ｐと出力Ｓの差を求め、求めた和に対する差の比を偏光度として計算する偏光度計算部と、前記偏光度計算部によって算出した偏光度に基づいて、予め定められた偏光度とトナー付着量の関係からトナー付着量を求めるトナー付着量取得処理部を有したことを特徴とする。
本発明は、トナー付着量測定方法であり、トナーが付着された像担持体へ光を照射し、照射される前記像担持体及び前記トナーからの反射光のＰ偏光成分とＳ偏光成分をそれぞれ受光し受光量に応じた受光信号に変換し、前記Ｐ偏光成分の受光信号Ｐと前記Ｓ偏光成分の受光信号Ｓをもとに、受光信号Ｐと受光信号Ｓの和及び受光信号Ｐと受光信号Ｓの差を求め、求めた和に対する差の比を偏光度として計算し、算出した偏光度に基づいて、予め定められた偏光度とトナー付着量の関係からトナー付着量を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、測定対象のトナーが付着された像担持体からの反射光のＰ偏光成分とＳ偏光成分を分離し、それぞれの受光信号に基づいてトナーの付着量を測定する際に、測定光のパワーを高くするといった条件を付加することなく、トナー付着量の測定精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１に係るトナー付着量測定装置について、その１実施例の光学系と測定動作を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るトナー付着量測定装置について、他の実施例の光学系と測定動作を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るトナー付着量測定装置について、他の実施例の光学系と測定動作を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態に係るトナー付着量測定装置において受光信号の処理をする信号処理回路の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施形態１に係るトナー付着量測定装置によって得られる受光信号計算値とトナー付着量の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態２に係るトナー付着量測定装置の光学系を説明する図である。
【図７】入射角度をブリュースター角θＢに設定した場合の光の現象を説明する図である。
【図８】受光角度をパラメータに、照射角度と偏光度の関係を表したグラフである。
【図９】本発明の実施形態３に係るトナー付着量測定装置の光学系を説明する図である。
【図１０】本発明に係るトナー付着量測定装置を搭載した画像形成装置の１例を示す図である。
【図１１】パッチのトナー付着量を測定する従来の濃度センサについて、その１例の光学系と測定動作を説明する図である。
【図１２】濃度センサ（図１１）で反射率がほぼゼロのトナーを検知した場合のトナー付着量の検知結果を示すグラフである。
【図１３】濃度センサ（図１１）で相当の反射率を有する色トナーを検知した場合のトナー付着量の検知結果を示すグラフである。
【図１４】パッチのトナー付着量を測定する従来の濃度センサについて、他の例の光学系と測定動作を説明する図である。
【図１５】従来の測定法によって得られる受光信号計算値とトナー付着量の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を説明する。
本発明は、電子写真方式による画像形成プロセスおいて、像担持体上に生成されるトナー付着量を、ＬＥＤ等の光により照射されるトナーが付着された像担持体からの反射光をＳ偏光成分とＰ偏光成分に分離して各々を受光し、得られる受光量に基づいて測定する手法による。
この測定手法を採用する際、従来技術におけるように、トナー付着量が多くなる領域の測定精度の低下が生じないようにするために、後記で詳述するが、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の受光量を基に偏光度を算出し、算出した偏光度から、当該偏光度と所定の関係にあるトナー付着量を測定する、という手法をとり、ここが本発明の特徴部分である。なお、偏光度とは、（Ｐ偏光−Ｓ偏光）／(Ｐ偏光＋Ｓ偏光)又は（Ｓ偏光−Ｐ偏光）／（Ｐ偏光＋Ｓ偏光)である。
【００１５】
本発明の実施形態を、添付図を参照して下記に［実施形態１］〜［実施形態４］として説明する。
［実施形態１］は、偏光度の算出に基づくトナー付着量測定装置の基本構成に係るものである。
［実施形態２］は、［実施形態１］における光照射・受光系をトナーに対してブリュースター角を満たす関係に限定した構成に係るものである。
［実施形態３］は、［実施形態１］における光照射・受光系として、共通の照射のもとに２つの受光系を設け、その中の一方をトナーに対してブリュースター角を満たす関係に、他方を像担持体に対してブリュースター角を満たす関係に限定した構成に係るものである。
［実施形態４］は、当該トナー付着量測定装置を搭載した画像形成装置に係るものである。
【００１６】
［実施形態１］
図１は本実施形態に係るトナー付着量測定装置について、その１実施例の光学系と測定動作を説明する図である。また、図２，３は、それぞれ他の実施例の光学系と測定動作を説明する図である。
図１において、光照射手段１は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子であり、受光手段２は、トナーが付着された像担持体からの反射光のＰ偏光成分とＳ偏光成分それぞれを受光できるように、複数の受光素子によって構成するもので、ここでは偏光分離プリズム３と２つのフォトダイオード、即ち、偏光分離プリズム３によって分離されたＰ偏光成分用にフォトダイオード（１）２ｐ、Ｓ偏光成分用にフォトダイオード（２）２ｓを設ける。
【００１７】
なお、受光手段２の構成は、図１の構成に限らず、反射光のＰ偏光成分とＳ偏光成分が各々受光可能な構成であればよく、例えば、図２に示すように、偏光性回折素子４と、Ｐ偏光成分用、Ｓ偏光成分用にそれぞれ、フォトダイオード（１）２ｐ、フォトダイオード（２）２ｓのフォトダイオードとからなる構成としてもよい。
偏光性回折素子としては、複屈折性材料を用いたバイナリー型、くさび型の回折格子および体積ホログラムなどが使用可能である。
【００１８】
また、図３に示すように、受光手段２は、レンズアレイ６と、レンズアレイ６の各レンズを透過した光束に応じて領域分割された領域分割フィルタ５と、領域分割フィルタ５の各フィルタ領域を透過した光束を受光する領域分割フォトディテクタ２ｄとからなる構成としてもよい。
領域分割フィルタ５は、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分のみが透過する機能を持っていればよく、一般的なＰＶＡ（ポリビニールアルコール）などのフィルム偏光子、ワイヤーグリッド偏光子、フォトニック結晶構造を用いた偏光子などが使用できる。ただ、受光する反射光の光束は数ｍｍと小さいため、微小な領域分割を作製しやすいフォトリソプロセスを用いているワイヤーグリッド偏光子やフォトニック結晶偏光子が好ましい。また、微小な領域分割のレンズアレイやフォトディテクタもフォトリソプロセスで作製できるため、受光手段２を図３に示すような構成にすると、ウェハレベルプロセスで受光手段全体の作製が可能になり、非常に小型化でき、かつ量産時の低コスト化が実現できる。
【００１９】
次に、図１に示したトナー付着量測定装置の動作について説明する。
図１中の光Ｌ１は、光照射手段１のＬＥＤ等の発光素子が測定対象としてのトナー像９及びトナー像９を担持する像担持体８を照射する測定光である。なお、ここでは、トナー像９は濃度テストを行う時に試験的にパッチとして形成される濃度検知用トナー像であり、また、像担持体８は中間転写ベルトとする。
同図中の光Ｌ２は像担持体８からの反射光であり、光Ｌ３はトナー像９からの反射光を示している。
【００２０】
図１に示すように、像担持体８上にトナーが存在する場合、像担持体８から反射される光は、像担持体表面からの反射光Ｌ２とトナー像９からの反射光Ｌ３が混ざったものとなる。ここで、照射角度が像担持体８に対するブリュースター角（詳細は後述する）に設定してあれば、反射光Ｌ２はＳ偏光成分が多く、Ｐ偏光成分は少なくなる。
また、トナー像９は未定着トナーの集合体であるため、測定光Ｌ１に対しては拡散反射を起こし、反射光Ｌ３の偏光状態はＳ偏光とＰ偏光が混ざった偏光となる。反射光Ｌ２と反射光Ｌ３が混ざった光は、偏光分離プリズム３によってＰ偏光とＳ偏光に分離されてフォトダイオード（１）２ｐ，（２）２ｓへとそれぞれ向かう。 
【００２１】
このとき、フォトダイオード（２）２ｓによって受光される光は、反射光Ｌ２のＳ偏光成分Ｌ５と反射光Ｌ３のＳ偏光成分Ｌ７が混ざった光となり、フォトダイオード（１）２ｐによって受光される光は、反射光Ｌ３のＰ偏光成分Ｌ６と反射光Ｌ２のＰ偏光成分Ｌ４が混ざった光となる。
なお、トナーが付着された像担持体からの反射光をＳ偏光とＰ偏光に分離し、分離後のＰ偏光成分とＳ偏光成分をそれぞれのフォトダイオードで受光するここまでの光学系の処理は、先に述べた従来技術と変わらない。
【００２２】
本実施形態では、上記のようにしてトナーが付着された像担持体からの反射光のＰ偏光成分とＳ偏光成分の受光信号を得、得られる受光信号を基に偏光度を求める信号処理を行うことで（下記で図４を参照して詳述）、トナー付着量が多くなる領域において測定の精度向上を可能にし、従来技術の問題を解決する。
図４は、本実施形態におけるこの受光信号の処理をする信号処理回路の構成を示す図である。
この信号処理回路２００は、図４に示すように、受光手段２が有するＰ偏光成分を受光するフォトダイオード（１）２ｐとＳ偏光成分を受光するフォトダイオード（２）２ｓ、各々の出力信号ａ、ｂの入力を受ける。
【００２３】
信号処理回路２００は、増幅器（１）２０１、増幅器（２）２０２と偏光度変換器２０３とからなる。
増幅器（１）２０１、増幅器（２）２０２は、それぞれＰ偏光成分を受光するフォトダイオード（１）２ｐ、Ｓ偏光成分を受光するフォトダイオード（２）２ｓの出力信号ａ、bが小さい場合に一定増幅率を与えて出力するようにゲイン調整をする。
偏光度変換器２０３は、増幅器（１）２０１、増幅器（２）２０２の各々の出力信号の入力を受け、各々ゲイン調整されたＰ偏光成分とＳ偏光成分の受光信号を基に偏光度信号を算出し、測定デ−タとして出力する。
ここに、偏光度は、Ｐ偏光成分が多いかＳ偏光成分が多いかの偏光状態の度合いを意味しており、（Ｐ偏光−Ｓ偏光）／(Ｐ偏光＋Ｓ偏光)又は（Ｓ偏光−Ｐ偏光）／（Ｐ偏光＋Ｓ偏光)と定義されているので、この定義に従い、計算を行い、算出結果を得る。
【００２４】
図５は、この信号処理によって得られる受光信号計算値（偏光度）とトナー付着量の関係を示すグラフである。
図５に示すように、像担持体８上にトナー像９が存在しない、即ちトナー付着量ゼロの場合には、受光信号計算値（偏光度）は最大値をとり、トナー付着量が多くなるにしたがって受光信号はリニアに減少する、という関係になるので、トナー付着量が多い領域においても十分な濃度階調が得られ（図５中における破線領域）、トナー付着量の測定精度の向上を図ることができる（従来技術の図１５、参照）。
なお、上記では、受光信号の計算処理を偏光度の算出処理としており、直接トナー付着量を求めていないが、図５に示すリニアな関係を前提にすれば、事前に異なる既知量のトナー付着量の少なくも２点に対する偏光度を求めておき、内挿（外挿）法により得た関係式により、トナー付着量を計算することができる。また、偏光度とトナー付着量の関係を、予め実験を行うことで求めておき、この関係を例えばテーブル等に保管し、算出した偏光度に対応するトナー付着量をテーブルから参照することにより取得する、といった方法によっても求めることができる。
【００２５】
上記のように、本実施形態によれば、トナーが付着された像担持体からの反射光をＳ偏光とＰ偏光に分離し、分離後のＰ偏光成分とＳ偏光成分をそれぞれのフォトダイオードで受光し、各受光出力の偏光度を算出することで、従来技術において濃度階調が得難い領域があったために、測定光を強くするといった対応が必要であったが、従来技術のような対応を必要とせずに、トナー付着量の測定精度を高めることができる。
また、低反射率の像担持体、トナーを対象にする場合にもトナー付着量の測定精度を高めることができるので、使用できる像担持体及びトナー種類の選択幅を拡げることが可能になる。
【００２６】
［実施形態２］
この実施形態は、［実施形態１］における光照射・受光系をトナー像に対してブリュースター角を満たす関係に限定した構成に係るものである。
上記［実施形態１］では、光照射手段１のＬＥＤ等の発光素子からの光の照射角度が、像担持体８に対するブリュースター角を満たす角度となるように設定した実施形態を示した。この実施形態は、像担持体８に代えて、トナー像９に対してブリュースター角を満たす角度となるように設定した構成とする。
【００２７】
図６は本実施形態に係るトナー付着量測定装置の１実施例の光学系と測定動作を説明する図である。
図６に示すように、本実施形態では、光照射手段１と受光手段２の角度はトナー像に対するブリュースター角２θＢ(t)に設定することを特徴としており、この点が、［実施形態１］（図１等）と異なる点である。なお、光照射手段１と受光手段２は、［実施形態１］に示されたものと同じである。
【００２８】
ここで、ブリュースター角θＢについて簡単に説明する。
図７は入射角度をブリュースター角θＢに設定した場合の光の現象を説明する図である。
図７に示すように、屈折率ｎ１の物質から屈折率ｎ２の物質へ入射する光は、Ｐ偏光成分（入射面と平行な偏光成分であり、同図における紙面に平行方向）とＳ偏光成分（入射面と垂直な偏光成分であり、同図における紙面に垂直方向）が混ざった状態である（同図中の「偏光状態（１）」にて示す）。
この入射光は、屈折率ｎ１の物質と屈折率ｎ２の物質の境界で、Ｓ偏光成分の方は、一部が反射して一部が透過する（同図中の「偏光状態（２）」、「偏光状態（３）」いずれにも存在する）一方、Ｐ偏光成分の方は、全て屈折率ｎ２の物質中へ透過し、全く反射されない（同図中の「偏光状態（２）」では存在し、「偏光状態（３）」では存在しない）。このように、ブリュースター角θＢとは、屈折率ｎ１の物質から屈折率ｎ２の物質へ光が入射される場合、入射面に対して平行な偏光面を持つＰ偏光成分が全く反射しなくなる角度であり、θＢで与えられる。 
【００２９】
この実施形態では、空気中からトナー像への入射となるので、ｎ１は空気の屈折率（ｎ１＝１）、ｎ２はトナーの屈折率となる。
ｎ２の値はトナー材料によって異なるため、ブリュースター角θＢはトナー種類に依存する。例えば、屈折率がおよそ２．０である一般的なカーボンＢＫトナーの場合、ブリュースター角θＢ(t)は約６３．４度となる。
ただし、トナー像は、数μサイズの未定着トナーの集合体であるため、表面状態はμオーダーで凹凸がある。そのため、マイクロファセットモデルが適応でき、このブリュースター角はトナー像が転写される像担持体の法線方向には依存しない。
【００３０】
このトナー像の性質について説明を加える。
図８は、像担持体上のトナー像における照射角度と偏光度の関係を示す。同図において、プロットは実測値、破線はフレネル理論式であり、理論値と略フィットしていることを表している。ここに、入射光の照射角度は、像担持体の平面（表面）を０°、法線方向を９０°としている。実測例は、受光手段の角度を、「７０°」「４５°」「１０°」の受光角度に変えてそれぞれ測定データを求めたもので、受光手段の角度も像担持体の平面（表面）を０°、法線方向を９０°と定義している。なお、同図は、トナー濃度が比較的高い状態の例を示す。
各受光角度「７０°」，「４５°」，「１０°」において、偏光度が最も大きくなる角度は、それぞれおよそ−７°，１８°，５３°であり、どの受光角度においても、１８０°−（受光角度＋偏光度最大角度）＝１１７°で一定となる。この角度は、実験に用いたトナーの理論的なブリュースター角２θＢ(t)と略同じである。
【００３１】
このことは、像担持体８の法線方向に依らず、つまり入射角、反射角をブリュースター角θＢに固定することなく、光照射手段１と受光手段２の角度をブリュースター角２θＢ(t)と設定すればよく、この条件を満たすようにすることで、トナー像９の反射光の偏光度が大きくとれることを意味する。即ち、図６に示すように、光照射手段１と受光手段２の角度をトナー像に対するブリュースター角２θＢ(t)と設定することで主にトナー像９から反射する光の偏光度を検出することができ、トナー付着量の測定精度を高めることができる。
【００３２】
［実施形態３］
この実施形態は、［実施形態１］における光照射・受光系として、共通の照射のもとに２つの受光系を設け、その中の一方をトナー像に対してブリュースター角を満たす関係に、他方を像担持体に対してブリュースター角を満たす関係に限定した構成に係るものである。
つまり、上記［実施形態１］で示した、ＬＥＤ等の光照射手段１からの光の照射角度が、像担持体８に対するブリュースター角を満たす角度となるように設定した実施形態と、上記［実施形態２］で示した、トナー像９に対してブリュースター角を満たす角度となるように設定した実施形態を組み合わせた構成とする。
【００３３】
図９は本実施形態に係るトナー付着量測定装置の１実施例の光学系と測定動作を説明する図である。
図９に示すように、本実施形態では、光照射手段１のＬＥＤ等の発光素子を共通に、トナー像９に対するブリュースター角２θＢ(t)に設定した受光手段２ｔと像担持体８に対するブリュースター角２θＢ(b)に設定した受光手段２ｂを有する。
受光手段２ｔは、主にトナー像９から反射する光の偏光度を検出し、また、受光手段２ｂは、主に像担持体８から反射する光の偏光度を検出する。
図９の光照射・受光系中において破線で示すトナー用の受光手段２ｔは、上記［実施形態２］にて説明した受光手段２と変わらない。したがって、ここでは説明を省略する。
【００３４】
ここで、図９の光照射・受光系における像担持体８のブリュースター角について説明する。例えば、像担持体８を中間転写ベルトとした場合、中間転写ベルトにも材料の分子構造が違う多種類の材質のベルトが用いられており、種類によって屈折率が異なるため、ブリュースター角θＢは、材質に依存した値をとる。
また、同一材質でもナノサイズの多孔化によって屈折率が変化する等、同一材質でもブリュースター角θＢが異なる値をとる場合はあるが、例えば屈折率が１．７８である一般的なポリイミドを中間転写ベルトとして採用した場合、ブリュースター角θＢ(b)は約６０．７度となる。
像担持体８の表面状態は一般的にトナーに比べて平面であり、正反射成分の偏光度が大きくなる。即ち、像担持体８からの主な反射光の偏光度を検出する光照射・受光系の構成は、図９の実線で示すように、光照射手段１と像担持体用の受光手段２ｂのなす角度は、像担時体８のブリュースター角２θＢ（b）、即ち、入射角と反射角を等しくブリュースター角θＢと設定する。
【００３５】
また、図９のトナー用の受光手段２ｔ及び像担持体用の受光手段２ｂの受光信号出力を基にそれぞれ偏光度を求めるので、求めた２系統の偏光度をトナー付着量と１対１で対応する偏光度値に統一する必要がある。
この２系統の偏光度の統一方法は、主に、高い精度の測定ができる側の系統の出力を用いる方法と２系統の偏光度に相乗平均等の平均処理を施すことで精度を平均的に高める方法がある。
前者の場合、例えば、濃度パッチごとに２系統のうち当該濃度を高精度に測定できる方を選択適用することにより実施することができる。
後者の場合も、例えば、濃度パッチごとに重みを適当に定めて加重平均の手法を用いることにより実施することができる。
【００３６】
上記のように、本実施形態によれば、トナー用の受光手段２ｔ及び像担持体用の受光手段２ｂという２系統の光照射・受光系を併用することで、トナー像９からの主な反射光の偏光度を求め、また、像担持体８からの主な反射光の偏光度を求めることができるため、更にトナー付着量の測定精度が向上できる。
【００３７】
［実施形態４］
本実施形態は、上記トナー付着量測定装置を搭載した画像形成装置に係るものである。
“画像形成装置の構成・動作”
図１０は、上記トナー付着量測定装置を搭載した本実施形態の画像形成装置の１例を示す図である。
本実施形態に係る画像形成装置は、４連タンデム直接転写方式のカラーレーザプリンタである。本カラーレーザプリンタは、１つの手差しトレイ３６、２つの給紙カセット３４（第１給紙トレイ及び第２給紙トレイ）の３つの給紙トレイを有しており、手差しトレイ３６より給紙されたシート状記録媒体としての図示しない転写紙は、給紙コロ３７により上から順に１枚ずつ分離され、レジストローラ対２３へ向けて搬送される。
給紙カセット３４（第１給紙トレイ又は第２給紙トレイ）から給紙された転写紙は、給紙コロ３５により上から順に１枚ずつ分離され、搬送ローラ対３９を介してレジストローラ対２３へ向けて搬送される。
【００３８】
給紙された転写紙は、レジストローラ対２３で一旦停止され、スキューを修正された後、後述する最上流に位置する感光体ドラム１４Ｙ上に形成された画像の先端と転写紙の搬送方向の所定位置とが一致するタイミングで、図示しないレジストクラッチのオン制御によるレジストローラ対２３の回転動作により転写ベルト１８へ向けて搬送される。
転写紙は、転写ベルト１８とこれに当接した紙吸着ローラ４１とで構成される紙吸着ニップを通過する際、紙吸着ローラ４１に印加されるバイアスにより転写ベルト１８に静電力で吸着され搬送される。
転写ベルト１８に吸着された転写紙には、転写ベルト１８を挟んで各色の感光体ドラム１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｍ、１４Ｙと対向した位置に配置された転写ブラシ２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｙにトナーの帯電極性（マイナス）と逆極性の転写バイアス（プラス）が印加されることにより、各感光体ドラム１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｍ、１４Ｙに作像された各色のトナー像がイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｂｋ又はＢ）の順で転写される。
【００３９】
各色の転写工程を経た転写紙は、下流側の駆動ローラ１９の部位で転写ベルト１８から曲率分離され、定着装置２４へ搬送される。
定着装置２４における定着ベルト２５と加圧ローラ２６により構成される定着ニップを通過することにより、トナー像が熱と圧力により転写紙に定着される。
定着がなされた転写紙は、片面印刷モードの場合には、装置本体上面に形成されたＦＤ（フェイスダウン）トレイ３０へと排出される。
予め両面印刷モードが選択されている場合には、定着装置２４を出た転写紙は、図示しない反転ユニットへ送られ、該ユニットにて表裏を反転されてから転写ユニット下部に位置する両面搬送ユニット３３に搬送される。
転写紙は該両面搬送ユニット３３から再給紙され、搬送ローラ対３９を経てレジストローラ対２３へ搬送される。以降は、片面印刷モード時と同様の動作を経て定着装置２４を通過し、ＦＤトレイ３０へと排出される。
【００４０】
次に、このカラーレーザプリンタの画像形成部における構成及び作像動作をより詳しく説明する。
画像形成部は、各色共に同様の構成及び動作を有しているのでイエロー画像を形成する構成及び動作を代表して説明し、その他の色については説明を省略する。なお、図面上には、Ｍ，Ｃ，Ｂの符号で他の各色に対応する要素部を示している。
転写紙搬送方向の最上流側に位置する感光体ドラム１４Ｙの周囲には、帯電ローラ４２Ｙ、クリーニング手段４３Ｙを有する作像ユニット１２Ｙと、現像ユニット１３Ｙ、光書き込みユニット１６等が設けられている。画像形成時、感光体ドラム１４Ｙは図示しないメインモータにより時計回り方向に回転駆動され、帯電ローラ４２Ｙに印加されたＡＣバイアス（ＤＣ成分はゼロ）により除電され、その表面電位が基準電位となる。
次に、感光体ドラム１４Ｙは、帯電ローラ４２ＹにＡＣバイアスを重畳したＤＣバイアスを印加することによりほぼＤＣ成分に等しい電位に均一に帯電され、その表面電位が目標帯電電位に帯電される。
【００４１】
プリント出力用の画像として図示しないコントローラ部より送られてきたデジタル画像情報は、各色毎の２値化されたＬＤ（レーザダイオード）発光信号に変換され、シリンダレンズ、ポリゴンモータ、ｆθレンズ、第１〜第３ミラー、及びポリゴンミラーの面倒れ補正をするＷＴＬレンズ等を有する光書き込みユニット１６により感光体ドラム１４Ｙ上に露光光１６Ｙが照射される。照射された部分のドラム表面電位が略−５０ｖとなり、画像情報に対応した静電潜像が形成される。
感光体ドラム１４Ｙ上のイエロー画像情報に対応した静電潜像は、現像ユニット１３Ｙにより可視像化される。即ち、現像ユニット１３Ｙの現像スリーブ４４ＹにＡＣバイアスを重畳したＤＣが印加されることにより、書き込みにより電位が低下した画像部分にのみトナーが現像され、トナー像が形成される。
作像された各色の感光体ドラム１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｍ、１４Ｙ上のトナー画像は、転写ベルト１８上に吸着された転写紙上に上記転写バイアスにより転写される。
【００４２】
“トナー濃度制御”
このカラーレーザプリンタでは、上記のように実際に転写紙に画像を形成する画像形成モードとは別に、電源投入時、又はある所定枚数通紙後に各色の画像濃度を適正化するためにプロセスコントロール動作を行う。
このプロセスコントロール動作では、各色について、複数の階調パターンとしての濃度検知用パッチ（以下「Ｐパターン」と略す）を、帯電バイアス、現像バイアスを適当なタイミングで順次切り替えることにより、転写ベルト１８上に作像する。
【００４３】
作像されたＰパターンは、その濃度が測定され、濃度制御にフィードバックされる。このとき、上記実施形態に示したトナー付着量測定装置によりトナーの付着量を測定し、各パッチの測定濃度データとして出力する。
図１０に示すカラーレーザプリンタでは、トナー付着量測定装置１０が駆動ローラ１９によって掛け回される無端状の転写ベルト１８の外側に配置される。
トナー付着量測定装置１０は、上記［実施形態１］で説明したように、当該測定装置が有する光照射・受光系によって、Ｐパターンからの反射光を受光し、受光信号を基に信号処理手段２００で偏光度を求める信号処理を経て、トナー付着量（濃度）を測定する。
【００４４】
このようにして得られるトナー付着量の測定値は、現在の現像能力がもたらした結果であるから、これを（現像γ、Ｖｋ）という能力を表す値で表現するための計算を行う。なお、上記の現像γは、現像ポテンシャルに対するトナー付着量の関係を直線近似したときの直線の傾きであり、また、Ｖｋは、現像開始電圧である。
（現像γ、Ｖｋ）を計算し、得られる算出値に基づき、現像バイアス値及びトナー濃度制御目標値の変更をする制御を行う。
なお、本実施形態では直接転写方式のカラーレーザプリンタ（図１０）を示したが、タンデム型中間転写方式の画像形成装置においても同様に実施することができる。 
【００４５】
上記のように、本実施形態の画像形成装置によれば、トナー付着量の測定精度を向上させたトナー付着量測定装置を用いているので、プリント出力される画像を高画質化することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１，１０１・・光照射手段、２，１０２・・受光手段、２ｐ、２Ｓ・・フォトダイオード、２ｄ・・領域分割フォトディテクタ、２ｂ・・受光手段（像担持体用）、２ｔ・・受光手段（トナー用）、３・・偏光分離プリズム、４・・偏光性回折素子、５・・領域分割フィルタ、６・・レンズアレイ、８，１０８・・像担持体、９，１０９・・トナー像、１０・・トナー付着量測定装置、１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｂ・・作像ユニット、１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｂ・・現像ユニット、１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｂ・・感光体ドラム、１６・・光書き込みユニット、１８・・転写ベルト、２００・・信号処理手段、２０１，２０２・・増幅器、２０３・・偏光度変換器。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４７】
【特許文献１】特開平６−２５０４８０号公報
【特許文献２】特開２００６−２２０８１１号公報
【図１】
2012118478.tif 000003
【図２】
2012118478.tif 000004
【図３】
2012118478.tif 000005
【図４】
2012118478.tif 000006
【図５】
2012118478.tif 000007
【図６】
2012118478.tif 000008
【図７】
2012118478.tif 000009
【図８】
2012118478.tif 000010
【図９】
2012118478.tif 000011
【図１０】
2012118478.tif 000012
【図１１】
2012118478.tif 000013
【図１２】
2012118478.tif 000014
【図１３】
2012118478.tif 000015
【図１４】
2012118478.tif 000016
【図１５】
2012118478.tif 000017