(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサホルダ内に、画像形成装置の像担持体上に形成されるトナー像に光を照射する正反射用の発光素子及び拡散反射用の発光素子と、この各発光素子から発せられる照射光の少なくとも前記トナー像で反射される正反射光及び拡散反射光の双方を受光し得る共用の受光素子とを配設してなる、正反射型及び拡散反射型のフォトセンサであって、
前記正反射用の発光素子から発する照射光の光軸と共用の受光素子に受光される正反射光の光軸とがなす交差角θ１を二等分する直線を含む平面で前記センサホルダ内を二分割したときに得られる２つの空間を想定した場合、前記拡散反射用の発光素子と共用の受光素子とがその同じ空間側に存在しかつ前記正反射用の発光素子がその残りの空間側に存在するように配置されており、
かつ、前記拡散反射用の発光素子から発する照射光の光軸と前記共用の受光素子に受光される拡散反射光の光軸とがなす交差角をθ２、拡散反射用の発光素子から発する照射光の光軸が像担持体の表面となす照射角をθ３、共用の受光素子に受光される拡散反射光の光軸が像担持体の表面となす受光角をθ４としたとき、θ１＜θ２及びθ３＜θ４という関係を満たすようにその発光素子及び受光素子が配置されており、
かつ、前記センサホルダ内にセンサ感度補正用の基準光量を得るための基準反射面を設け、その基準反射面に所定の光を照射したときに反射される基準反射光を共用の受光素子に受光させるように構成しているとともに、
前記センサホルダ内に、前記トナー像で反射される光が前記共用の受光素子に受光されるように通過する入光用光路と前記基準反射面で反射される反射光がその共用の受光素子に受光されるように通過する光路とを切り替えて使用する光路切り替え機構を設けたことを特徴とする画像形成装置のフォトセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ等の画像形成装置において像担持体上に形成される作像条件制御用等のトナー像の濃度を光学的に検知するためのフォトセンサ装置に係り、特に、正反射型及び拡散反射型の双方のセンサとして使用可能なフォトセンサ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式を利用した画像形成装置においては、通常の電子写真プロセスにより形成されるトナー像が予め設定した作像条件に沿って適正にかつ安定して形成されることを維持させる必要性から、例えば、感光体、中間転写体等の像担持体上に制御用のトナー像（パッチ）を形成してそのトナー像の濃度をフォトセンサ装置により光学的に検知し、かかる検知結果に基づいて画像濃度制御に必要な作像条件を補正するようになっている。
【０００３】
この場合、フォトセンサ装置としては、発光ダイオード等の発光素子とフォトダイオード等の受光素子とを備え、その発光素子からの光を像担持体上の制御用トナー像に照射し、そのときの反射光（正反射光又は拡散反射光）を受光素子で受光して得られる出力値からそのトナー像の濃度について検出するものが多く使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような画像濃度の制御は、近年の複写機、プリンタ等におけるカラー化に伴い、より一層必要なものとなってきた。そして、そのカラー画像を形成し得るカラー画像形成装置においては、黒トナーからなる制御用トナー像とカラートナーからなる制御用トナー像の双方をフォトセンサ装置により検知する必要性も新たに生じてきた。
【０００５】
ちなみに、このような制御用の黒トナー像及びカラートナー像の光学的な濃度検知は、当初、そのいずれも各トナー像からの正反射光を受光する正反射型のフォトセンサにより同様に行われていたが、かかる正反射型のフォトセンサでは、カラートナー像が高濃度になるとセンサ感度が飽和してしまい、その検知が困難となるため、黒トナー像の濃度検知には正反射型のフォトセンサを、カラートナー像の濃度検知にはトナー像からの拡散反射光を受光する拡散反射型のフォトセンサをそれぞれ用いて行う傾向になっている。
【０００６】
そして、この際、正反射型のフォトセンサと拡散反射型のフォトセンサを個々に用意して濃度検知を行うことは、非常に不経済であることから、近年においては、この黒トナー像とカラートナー像の濃度検知をいずれも正確に簡易に検知することができるフォトセンサ装置の研究開発が試みられるようになってきた。しかしながら、そのような要請に十分に応え得るフォトセンサ装置の提案が特になく、その出現が強く衆望されている。
【０００７】
従って、本発明は、このような実情に着目してなされたもので、その目的とするところは、画像濃度の制御時に像担持体上に形成される黒トナー像及びカラートナー像の双方の濃度を正確にしかも簡易に検知することができる画像形成装置のフォトセンサ装置を提供することにある。また、フォトセンサにおける感度が変動してもきわめて簡易にしかも的確に補正された検知結果を安定して得られるようなフォトセンサ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成し得る第１発明は、センサホルダ内に、画像形成装置の像担持体上に形成されるトナー像に光を照射する正反射用の発光素子及び拡散反射用の発光素子と、この各発光素子から発せられる照射光の少なくとも前記トナー像で反射される正反射光及び拡散反射光の双方を受光し得る共用の受光素子とを配設してなる、正反射型及び拡散反射型のフォトセンサであって、前記正反射用の発光素子から発する照射光の光軸と共用の受光素子に受光される正反射光の光軸とがなす交差角θ１を二等分する直線を含む平面で前記センサホルダ内を二分割したときに得られる２つの空間を想定した場合、前記拡散反射用の発光素子と共用の受光素子とがその同じ空間側に存在しかつ前記正反射用の発光素子がその残りの空間側に存在するように配置されている画像形成装置のフォトセンサ装置である。
【０００９】
また、この第１発明のフォトセンサ装置は、拡散反射用の発光素子から発する照射光の光軸が像担持体の表面となす照射角をθ３、共用の受光素子に受光される拡散反射光の光軸が像担持体の表面となす受光角をθ４としたとき、θ３＜θ４という関係を満たすようにその発光素子及び受光素子が配置されているものであることが好ましい。
【００１０】
また、このような第１発明のフォトセンサ装置は、拡散反射用の発光素子から発する照射光の光軸と共用の受光素子に受光される拡散反射光の光軸とがなす交差角をθ２としたとき、θ１＜θ２という関係を満たすようにその発光素子及び受光素子が配置されているものであることがより好ましい。この場合、センサの出力及び感度がより良好になることからθ１及びθ２のいずれも可能な限り小さい角度とすることが望ましく、特にθ２そのものが可能な限り小さな角度となるように設定することがより望ましい。
【００１１】
さらに、以上のような第１発明のフォトセンサ装置は、センサホルダ内にセンサ感度補正用の基準光量を得るための基準反射面を設け、その基準反射面に所定の光を照射したときに反射される基準反射光を共用の受光素子に受光させるように構成しているものであることが好ましい。基準反射面に照射する所定の光は、通常拡散反射用の発光素子からの光が使用されるが、正反射用の発光素子からの光を単独で使用してもあるいは拡散反射用の発光素子からの光を使用するようにしてもよい。また、必要であれば、基準反射面に光を照射する専用の発光素子をセンサホルダ内に設けてもよい。
【００１２】
一方、上記の目的を達成し得る第２発明は、センサホルダ内に、画像形成装置の像担持体上に形成されるトナー像に光を照射する共用の発光素子と、この発光素子から発せられる照射光の少なくとも前記トナー像で反射される正反射光を受光する正反射用の受光子及び反射される拡散反射光を受光する拡散反射用の受光素子とを配設してなる、正反射型及び拡散反射型のフォトセンサであって、前記共用の発光素子から発する照射光の光軸と正反射用の受光素子に受光される正反射光の光軸とがなす交差角θ１を二等分する直線を含む平面で前記センサホルダ内を二分割したときに得られる２つの空間を想定した場合、前記拡散反射用の受光素子と共用の発光素子とがその同じ空間側に存在しかつ前記正反射用の受光素子がその残りの空間側に存在するように配置されている画像形成装置のフォトセンサ装置である。
【００１３】
また、この第２発明のフォトセンサ装置は、拡散反射用の受光素子に受光される拡散反射光の光軸が像担持体の表面となす受光角をθ５、共用の発光素子から発する照射光の光軸が像担持体の表面となす照射角をθ６としたとき、θ５＞θ６という関係を満たすようにその発光素子及び受光素子が配置されているものであることが好ましい。この場合には、結果的に、θ１＞θ２いう関係が成立することになる。
【００１４】
また、この第２発明のフォトセンサ装置は、共用の発光素子から発する照射光の光軸と拡散反射用の受光素子に受光される拡散反射光の光軸とがなす交差角をθ２としたとき、θ１＞θ２という関係を満たすようにその発光素子及び受光素子が配置されているものであることがより好ましい。この第２発明のフォトセンサ装置の場合においても、θ１及びθ２のいずれも可能な限り小さい角度とすることが望ましい。
【００１５】
さらに、以上のような第２発明のフォトセンサ装置は、センサホルダ内にセンサ感度補正用の基準光量を得るための基準反射面を設け、その基準反射面に共用の発光素子から発する照射光を照射したときに反射される基準反射光を少なくとも一方の（正反射用又は拡散反射用の）受光素子に受光させるように構成しているものであることが好ましい。
【００１６】
そして、以上のような第１発明及び第２発明のフォトセンサ装置においては、その検知対象となるトナー像が形成される像担持体は感光ドラム若しくはベルトであってもよいが、望ましくは、中間転写ベルト若しくはドラム又は用紙搬送ベルト若しくはドラムである。また、そのトナー像は、黒トナーで形成されるものと黒を除く他のカラートナーで形成されるものとが対象である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
［参考の実施形態１］
図１は、本発明の参考の実施形態１に係るフォトセンサ装置の概要図である。このフォトセンサ装置１は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ等のカラー画像形成装置における像担持体（主に中間転写ベルト又はドラム、用紙搬送ベルト又はドラムなど）２に形成される作像条件制御用のトナー像（パッチ）Ｔpatch の濃度を光学的に検知するフォトセンサ４と、このフォトセンサ４の動作や出力信号を制御するセンサコントローラ５とを備えたものである。
【００１９】
フォトセンサ４は、フォトダイオード等からなる正反射用の発光素子４１及び拡散反射用の発光素子４２と、これら２つの発光素子４１、４２からそれぞれ発せられる照射光が上記像担持体２上のトナー像Ｔpatch で反射される反射光を共に受光し得るフォトダイオード等からなる共用の受光素子４３と、これら発光素子４１、４２及び受光素子４３を収容設置して支持するプラスチック製の遮光性センサホルダ（支持体）４４とでその主要部が構成されている。
【００２０】
そして、このフォトセンサ４は、正反射用の発光素子４１から発せられる照射光Ｈ1 （図中の一点鎖線等はその各光の光軸をも示す。以後も同様である）がトナー像Ｔpatch で反射されたときの正反射光Ｈ2 を共用の受光素子４３により受光させることにより「正反射型のセンサ」として使用することができるとともに、拡散反射用の発光素子４２から発せられる照射光Ｈ3 がトナー像Ｔpatch で反射されたときの所定の拡散反射光Ｈ4 を共用の受光素子４３により受光させることにより「拡散反射型のセンサ」としても使用することができるようになっている。図中の４５ａは発光素子４１の出光用光路、４５ｂは発光素子４２の出光用光路、４５ｃは受光素子４３の入光用光路、４６はホルダ４４に形成される各光路４５ａ〜ｃの開口を覆って、その各光路内にトナー等の異物が侵入するのを防ぐための透明なプラスチック材料等からなる光透過性の防塵部材である。
【００２１】
このような正反射型及び拡散反射型のいずれのセンサとしても使用可能な上記フォトセンサ４は、図１や図２に示すように、正反射用の発光素子４１から発する照射光Ｈ1 の光軸と共用の受光素子４３に受光される正反射光Ｈ2 の光軸とがなす交差角θ１を二等分する直線Ｌを含む平面Ｓでセンサホルダ４４の内部を二分割したときに得られる２つの空間４４ａ、４４ｂを想定した場合、その拡散反射用の発光素子４２と共用の受光素子４３とがその同じ空間４４ａ（又は４４ｂ）側に存在し、しかも、その正反射用の発光素子４１がその残りの空間４４ｂ（又は４４ａ）側に存在するように配置されている。
【００２２】
また、このフォトセンサ４では、拡散反射用の発光素子４２から発する照射光Ｈ3 の光軸が像担持体２の表面となす照射角をθ３、共用の受光素子４３に受光される拡散反射光Ｈ4 の光軸が像担持体２の表面となす受光角をθ４としたとき、θ３＜θ４という関係を満たすようにその発光素子４２及び受光素子４３が配置されている
【００２３】
さらに、このフォトセンサ４では、拡散反射用の発光素子４２から発する照射光Ｈ3 の光軸と共用の受光素子４３に受光される拡散反射光Ｈ4 の光軸とがなす交差角をθ２としたとき、θ１＜θ２という関係をも満たすようにその発光素子４２及び受光素子４３が配置されている。
【００２４】
一方、センサコントローラ５は、各発光素子４１、４２の発光動作等を制御したり、受光素子４３の受光による出力値を必要に応じて予め設定された制御プログラムにしたがって補正処理し、その補正後の出力値をセンサの検知結果として画像形成装置の画像形成プロセス条件を制御する処理を行うための中央制御部等に送信するようになっている。
【００２５】
ちなみに、この実施の形態では、フォトセンサ４による濃度検知は、予め設定された時期（例えば画像形成装置本体の電源投入時や、規定時間が到来した時や、画像形成枚数の規定枚数に到達した時等）に行われるようになっている。また、その濃度検知時に形成される制御用のトナー像Ｔpatch は、画像形成装置の作像システムによって所定の濃度や寸法形状からなる各色の単色トナー像として像担持体２上に形成され、その後、像担持体２の移動にともなってフォトセンサ４の直下を通過する際に検知されるようになっている。
【００２６】
次に、この実施の形態に係るフォトセンサ装置１の特性について図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図３は、各発光素子４１、４２や受光素子４３の配置条件とそのときの受光出力の特性との関係について示したものである。まず、この図３では、正反射用の発光素子４１の照射角（図１の「θ１＋θ２」に相当する）を１００°程度に設定した場合、共用の受光素子４３の受光角θ４に対する受光出力の特性を示している。これにより、受光素子４３の受光角θ４が８０°程度において正反射光に対する受光出力がピーク領域となっている。また、この図３では、受光素子４３をその受光角θ４が上記ピーク領域に相当する角度（８０°程度）となるように設定した後に拡散反射用の発光素子４２の受光角度θ３を種々変更した場合、その拡散反射光に対する受光出力の特性を示している。これにより、発光素子４２の照射角θ３が６０〜９０°程度であるときに受光素子４３の受光出力が大きな値にあることがわかる。
【００２８】
図３から拡散反射用の発光素子４２と共用の受光素子４３の間の光軸の交差角θ２が小さい方がその受光素子４２の受光量が大きくなることがわかるが、センサホルダ４４内における各素子の設置スペースによる制約や、拡散反射用受光素子４２が正反射光を受光しないような各素子の配置による制約や、受光出力値の大きさの確保要求による制約から、結局、この実施の形態ではθ１＝２０°、θ２＝３５°、θ３＝４５°、θ４＝８０°に設定している。これにより、このフォトセンサ４は、正反射型センサと拡散反射型センサのいずれでも正確な濃度検知を行うことが可能なものとなる。この結果、フォトセンサ装置１は、黒トナーからなるトナー像Ｔpatch の濃度検知時には正反射型センサとして使用してその検知を良好に行うことができ、一方、カラートナーからなるトナー像Ｔpatch の濃度検知時には拡散反射型センサとして使用してその検知を良好に行うことができるようになっている。
【００２９】
図４は、拡散反射用の発光素子４２の配置条件に対するカラートナー像のトナー量とセンサ出力特性との関係について示したものである。図４に示されるように、拡散反射用の発光素子４２を共用の受光素子４３と同じ空間側に配置した場合（▲１▼）には、カラートナー像Ｔpatch のトナー量に応じた十分な出力が得られる。これに対し、その拡散反射用の発光素子４２を正反射用の発光素子４１を配置した他の空間側に配置した場合（▲２▼）には、その出力特性が劣ることがわかる。特に、このような他の空間側に配置する場合には、発光素子４２からの照射光による正反射光が受光素子４３に受光されないようにする必要性から、その発光素子４２の照射角をより小さくしなければならず、これが原因でそのトナー量に対するセンサ出力の特性が劣る傾向もある。
【００３０】
図５及び図６は、受光素子４３の配置条件とトナー像からの反射特性との関係を示すものである。まず、図５は、この実施の形態（図１）に係るフォトセンサ４の場合について示したもので、拡散反射用の発光素子４２が一定の照射角θ３で配置されているときに受光素子４３の受光角θ４を「θ３＜θ４」という関係を満たすように配置した場合、その当該受光素子４３の検知位置：Ｐ１からみたトナー像Ｔpatch を構成するトナー粒子の状態（同図ａ）と、そのトナー像を側面からみた状態（同図ｂ）を示している。一方、図６は受光素子４３の受光角θ４を「θ３＞θ４」という関係を満たすように配置した場合（図８参照）におけるトナー像の図５の場合と同様の状態をそれぞれ示すものである。なお、図５及び図６における環状の点線は、センサ４（受光素子４３）で実際に検出される領域を示す。
【００３１】
この図５及び図６に示されるように、拡散反射用の発光素子４２に対して受光素子４３を高度側の検知位置（Ｐ１）に配置した場合（図５）には、その受光素子４３と対向し合うトナー粒子個々の光照射領域面Ｔａが比較的多くなるため、その各トナー粒子から拡散反射された受光素子４３に受光される拡散反射光Ｈ4の割合も多くなる。これに対し、その受光素子４３を低度側の検知位置（Ｐ２）に配置した場合（図６）には、その受光素子４３と対向し合うトナー粒子個々の光照射領域が隣りのトナー粒子の陰に隠れるため検出される光照射領域面Ｔａが比較的少なくなり、逆に光の当たらない非照射領域面Ｔｂが増えるため、結果的に、その各トナー粒子から拡散反射された受光素子４３に受光される拡散反射光Ｈ4 の割合が少なくなる傾向にある。これにより、受光素子４３は、拡散反射用の発光素子４２に対して高度側の検知位置（Ｐ１）に配置すること（換言すればθ３＜θ４とすること）が有利である。
【００３２】
図７は、正反射用の発光素子４１と共用の受光素子４３の各光軸の交差角θ１の設定条件に対するトナー像のトナー付着量とセンサ出力との関係を示すものである。この図７に示すように、正反射型センサにより黒トナーからなるトナー像Ｔpatch の濃度検知を行う場合、そのセンサ出力は交差角θ１が大きいと、トナー付着量が少ないうちからセンサ感度が飽和して正確な検知結果が得られにくくなるため、その交差角θ１はできるだけ小さくすることが望ましい。
【００３３】
また、この実施の形態のように「θ３＜θ４」という関係を満たして受光素子４３を配置する場合には可能な限りθ２を小さな角度にする方が受光出力が大きくなるため望ましいが、センサホルダ４４の内部の各素子の設置スペースによる制約や、共用の受光素子４３が正反射光を受光しないように各素子を調整して配設するための制約がある。従って、センサ内部の各素子の設置スペースだけを考慮すればよい正反射用の発光素子４１の方が拡散反射用の発光素子４２によりも受光素子４３との交差角を小さくできるので、「θ１＜θ２」という関係を満たすように発光素子４１、４２や受光素子４３を配置するとよく、受光素子４３が正反射光を受光しないように配置し、しかもその受光素子４３に対して拡散反射用の発光素子４２の交差角θ２を可能な限り小さい角度に設定するとよい。このため、この実施の形態のように「θ３＜θ４」という関係を満たすように受光素子４３を配置している場合には、上記正反射型センサにおける十分なセンサ出力を得るようにする観点からは、「θ１＜θ２」という関係を満たすように発光素子４１、４２や受光素子４３を配置するとよい。
【００３４】
［参考の実施形態１の変形例］
図８は、参考の実施形態１の一変形例を示すものであり、フォトセンサ４における発光素子４１、４２と受光素子４３を「θ１＞θ２」という関係を満たすように変更して配置した以外は前記参考の実施形態１に係るフォトセンサ装置１と同じ構成からなるものである。すなわち、この変形例におけるフォトセンサ４は、その拡散反射用の発光素子４２と共用の受光素子４３とが同じ空間４４ａ側に共存するように配置されていることは勿論のこと、その発光素子４２と受光素子４３が「θ３＜θ４」という関係を満たすように配置されていることに加えて、その発光素子４２と正反射用の発光素子４１と共用の受光素子４３とが「θ１＞θ２」という関係をも満たすように配置されている。
【００３５】
このような発光素子及び受光素子の配置構成からなるフォトセンサ４においても、正反射型及び拡散反射型の双方のセンサとして適宜切り換えて併用することができ、黒トナーからなるトナー像Ｔpatch とカラートナーからなるトナー像Ｔpatch のいずれの濃度検知も確実かつ良好に行うことができる。
【００３６】
図９は、参考の実施形態１の他の変形例を示すものであり、フォトセンサ４における発光素子４１、４２と受光素子４３を「θ３＞θ４」かつ「θ１＞θ２」という関係を満たすように変更して配置した以外は前記参考の実施形態１に係るフォトセンサ装置１と同じ構成からなるものである。すなわち、この変形例におけるフォトセンサ４は、その拡散反射用の発光素子４２と共用の受光素子４３とが同じ空間４４ａ側に共存するように配置されているが、その発光素子４２や受光素子４３や正反射用の発光素子４１が「θ３＞θ４」という関係を満たすと同時に「θ１＞θ２」という関係を満たすように配置されている。
【００３７】
このような発光素子及び受光素子の配置構成からなるフォトセンサ４においても、正反射型及び拡散反射型の双方のセンサとして適宜切り換えて併用することができ、黒トナーからなるトナー像Ｔpatch とカラートナーからなるトナー像Ｔpatch のいずれの濃度検知も確実かつ良好に行うことができる。
【００３８】
［参考の実施形態２］
図１０は、本発明の他の参考の実施形態２に係るフォトセンサ装置の概要図である。この実施の形態に係るフォトセンサ装置１は、フォトセンサとして、共用の発光素子４７と、この発光素子４７から発せられる照射光Ｈ5 が少なくともトナー像Ｔpatch で正反射される正反射光Ｈ6 を受光する正反射用の受光素子４８と、発光素子４７から発せられる照射光Ｈ5 が少なくともトナー像Ｔpatch で拡散反射される拡散反射光Ｈ7 を受光する拡散反射用の受光素子４９とを所定の条件下で配置したフォトセンサ４０を適用した以外は参考の実施形態１に係るフォトセンサ装置１と同じ構成からなるものである。
【００３９】
すなわち、このフォトセンサ４０は、実施の形態１の場合に準じて、共用の発光素子４７から発する照射光Ｈ5 の光軸と正反射用の受光素子４８に受光される正反射光Ｈ6 の光軸とがなす交差角θ１を二等分する直線Ｌを含む平面Ｓでセンサホルダ４４の内部を二分割したときに得られる２つの空間４４ａ、４４ｂを想定した場合、その共用の発光素子４７と拡散反射用の受光素子４９とがその同じ空間４４ａ（又は４４ｂ）側に存在し、しかも、その正反射用の発光素子４８がその残りの空間４４ｂ（又は４４ａ）側に存在するように配置されている。
【００４０】
また、この実施の形態におけるフォトセンサ４０では、拡散反射用の受光素子４９に受光される拡散反射光Ｈ7 の光軸が像担持体２の表面となす照射角をθ５、共用の発光素子４７から発する照射光Ｈ5 の光軸が像担持体２の表面となす受光角をθ６としたとき、θ５＜θ６という関係を満たすようにその発光素子４７及び受光素子４９が配置されている。しかも、共用の発光素子４７から発する照射光Ｈ5 の光軸と拡散反射用の受光素子４９に受光される拡散反射光Ｈ7 の光軸とがなす交差角θ２としたとき、θ１＜θ２という関係をも満たすようにその発光素子４９及び受光素子４７が配置されている。
【００４１】
そして、このフォトセンサ４０についても、共用の発光素子４７から発せられる照射光Ｈ5 がトナー像Ｔpatch で反射されたときの正反射光Ｈ6 を正反射用の受光素子４８により受光させることにより「正反射型のセンサ」として使用することができるとともに、共用の発光素子４７から発せられる照射光Ｈ5 がトナー像Ｔpatch で反射されたときの所定の拡散反射光Ｈ7 を拡散反射用の受光素子４９により受光させることにより「拡散反射型のセンサ」としても使用することができるようになっている。
【００４２】
次に、この実施の形態に係るフォトセンサ装置１の特性について図面を参照しながら説明する。
【００４３】
図１１は、拡散反射用の受光素子４９の配置条件に対するカラートナー像のトナー量とセンサ出力特性との関係について示したものである。図１１に示されるように、拡散反射用の受光素子４９を共用の発光素子４７と同じ空間側に配置した場合（▲３▼）には、カラートナー像Ｔpatch のトナー量に応じた十分な出力が得られる。これに対し、その拡散反射用の受光素子４９を正反射用の受光素子４８を配置した他の空間側に配置した場合（▲４▼）には、その出力特性が劣ることがわかる。特に、このような他の空間側に配置する場合には、発光素子４７からの照射光による正反射光が受光素子４９に受光されないようにする必要性から、その受光素子４９の受光角をより小さくしなければならず、これが原因でそのトナー量に対するセンサ出力の特性が劣る傾向もある。
【００４４】
［参考の実施形態２の変形例］
図１２は、参考の実施形態２の一変形例を示すものであり、フォトセンサ４０における発光素子４７と受光素子４８、４９を「θ５＞θ６」かつ「θ１＞θ２」という関係を満たすように変更して配置した以外は前記参考の実施形態２に係るフォトセンサ装置１と同じ構成からなるものである。すなわち、この変形例におけるフォトセンサ４０は、その共用の発光素子４７と拡散反射用の受光素子４９とが同じ空間４４ａ側に共存するように配置されていることは勿論のこと、その共用の発光素子４７と各受光素子４８、４９が「θ５＞θ６」という関係を満たすように配置されていると同時に「θ１＞θ２」という関係をも満たすように配置されている。
【００４５】
このような発光素子及び受光素子の配置構成からなるフォトセンサ４０においても、正反射型及び拡散反射型の双方のセンサとして併用することができ、黒トナーからなるトナー像Ｔpatch とカラートナーからなるトナー像Ｔpatch のいずれの濃度検知も確実かつ良好に行うことができる。また、このフォトセンサ４０では、共用の発光素子４７と各受光素子４８、４９が「θ５＞θ６」という関係を満たすように配置されているので、「θ５＜θ６」という関係になるように配置したセンサの場合に比べて受光出力が大きくなる。
【００４６】
図１３は、参考の実施形態２の他の変形例を示すものであり、フォトセンサ４０における発光素子４７と受光素子４８、４９を「θ５＜θ６」かつ「θ１＞θ２」という関係を満たすように変更して配置した以外は前記参考の実施形態２に係るフォトセンサ装置１と同じ構成からなるものである。すなわち、この変形例におけるフォトセンサ４０は、その共用の発光素子４７と拡散反射用の受光素子４９とが同じ空間４４ａ側に共存するように配置されているが、その発光素子４７や受光素子４８や正反射用の発光素子４７が「θ５＜θ６」という関係を満たすと同時に「θ１＞θ２」という関係を満たすように配置されている。
【００４７】
このような発光素子及び受光素子の配置構成からなるフォトセンサ４０においても、正反射型及び拡散反射型の双方のセンサとして併用することができ、黒トナーからなるトナー像Ｔpatch とカラートナーからなるトナー像Ｔpatch のいずれの濃度検知も確実かつ良好に行うことができる。
【００４８】
［実施の形態１］
図１４は、本発明の実施形態に係るフォトセンサ装置の概要図である。このフォトセンサ装置１は、フォトセンサ４にセンサ感度補正用の基準光量を得るための基準反射面６に設けた以外は参考の実施形態１（その変形例を含む）に係るフォトセンサ装置と同じ構成からなるものである。
【００４９】
すなわち、このフォトセンサ４は、出光用光路４５ｂと入光用光路４５ｃの間となるセンサホルダ４４の内部に基準反射面６を設け、その基準反射面６に拡散反射用の発光素子４２から発せられる照射光Ｈ3 の一部が照射され、その反射面６で反射された反射光Ｈ8 が共用の受光素子４３に受光されるように基準反射用の光路４５ｄが形成されている。また、このフォトセンサ４は、その基準反射面６と共用の受光素子４３の間の光路４５ｄと入光用光路４５ｃとを切り換えて使用するための光路切り換え機構７を設けている。
【００５０】
基準反射面６は、ホルダ４４の一部をそのまま反射面として形成したものであり、この実施の形態ではホルダ４４のプラスチック成形時に一体成形して形成している。この基準反射面６の反射特性は、平滑面であってもそれ以外（例えば微細凹凸面、鋸歯状の面）のものであってもよく特に制約されるものではないが、通常、基準受光量の設定条件に従って適宜設定される。この他、基準反射面６は、ホルダ４４とは別体の基準反射板（部材）をホルダ４４内の基準反射面６を形成すべき部位に取り付けてその反射板の表面を基準反射面６とするように構成してもよい。この場合、その基準反射板は、基準受光量の設定に必要な反射特性の得られる表面（片面）を有するものであれば、その材質や構造等については特に制約されるものではない。具体的には、例えば、合成樹脂等にて白色又は灰色の平板として形成され、その表面において拡散反射光（又は正反射光）が得られるように構成したものが使用可能である。
【００５１】
光路切り換え機構７は、図１６に示すように、各光路の断面形状とほぼ一致する１つ又は複数の開口孔７１を設けた遮光性を有する円板７０を、光路４５ｃ、４５ｄの双方を完全に横切った状態で回転軸７２を中心にして回転するように配置したものを使用している。そして、この機構７は、その円板７０を電動で回転させて開口孔７１がいずれかの光路と対向する位置で停止させることにより、開口孔７１と対向する光路が開口（開放）して使用可能となり、開口孔７１と対向していない光路が閉口（遮光）されて使用不能となるようになっている。これにより、光路４５ｃ側を開口させたり（同図ａ）あるいは光路４５ｄ側を開口させる（同図ｂ）ことができる。なお、この光路切り換え機構７は、所定の光路を切り換えて使用することができるものであれば、その構成等については特に制約されない。
【００５２】
そして、このような基準反射面６を設けたフォトセンサ４を備えたフォトセンサ装置１は、図１４ａに示すように光路切り換え機構７を作動させて入光用光路４５ｃを開口させた状態において、カラートナー像Ｔpatch から拡散反射光Ｈ4 をその光路４５ｃを通して共用の受光素子４３に受光させ、そのときの出力値ＮC を得る。一方、図１４ｂに示しように光路切り換え機構７を作動させて基準反射用の光路４５ｄを開口させた状態において、基準反射面６からの反射光Ｈ8 をその光路４５ｄを通して共用の受光素子４３に受光させ、そのときの出力値Ｅを基準光量として得る。この基準反射面６からの反射光Ｈ6 を検知する時期は、トナー像の検知時であるほか、トナー像の検知時とは関係のない予め設定された時期であってもよい（この場合には、その出力値Ｅを記憶しておき、その後のトナー検知時に利用する）。
【００５３】
次いで、この装置１では、そのセンサコントローラ５等において、カラートナー像の拡散反射光に対する出力値ＮC を基準光量としての出力値Ｅで除した（割った）値、即ち「ＮC ／Ｅ」をセンサ４の検知結果とする処理を行うようになっている。このような基準光量を利用したセンサの検知結果に関する処理を行うことにより、温度変化や経時変化により各発光素子や受光素子の感度（フォトセンサ４の感度）が変動しても、その感度をきわめて簡易に補正することが可能となる。なお、このような基準光量の出力値Ｅを利用してセンサの検知結果を補正する方法は、黒トナー像からの正反射光Ｈ2 に対する出力値ＮBKについても「ＮBK／Ｅ」を検知結果とする処理を行うように構成してもよい。
【００５４】
［参考の実施形態３］
図１５は、本発明の他の参考の実施形態に係るフォトセンサ装置の概要図である。このフォトセンサ装置１は、フォトセンサ４０にセンサ感度補正用の基準光量を得るための基準反射面６を設けた以外は参考の実施形態２（その変形例を含む）に係るフォトセンサ装置と同じ構成からなるものである。
【００５５】
すなわち、フォトセンサ４０は、出光用光路４５ａと入光用光路４５ｃの間となるセンサホルダ４４の内部に実施の形態１と同様の基準反射面６を設け、その基準反射面６に共用の発光素子４７から発せられる照射光Ｈ5 の一部が照射され、その反射面６で反射された反射光Ｈ9 が拡散反射用の受光素子４９に受光されるように基準反射用の光路４５ｅが形成されている。また、このフォトセンサ４０は、その基準反射面６と共用の発光素子４７の間の光路４５ｅと出光用光路４５ａとを切り換えて使用するための実施の形態１と同様の光路切り換え機構７を設けている。
【００５６】
そして、このような基準反射面６を設けたフォトセンサ４０を備えたフォトセンサ装置１は、図１５ａに示すように光路切り換え機構７を作動させて出光用光路４５ａを開口させた状態において、カラートナー像Ｔpatch から拡散反射光Ｈ4 をその光路４５ａを通して拡散反射用の受光素子４９に受光させ、そのときの出力値ＮC を得る。一方、図１５ｂに示しように光路切り換え機構７を作動させて基準反射用の光路４５ｅを開口させた状態において、基準反射面６からの反射光Ｈ9 をその光路４５ｅを通して拡散反射用の受光素子４９に受光させ、そのときの出力値Ｅを基準光量として得る。
【００５７】
次いで、この装置１においても、実施の形態３の場合と同様に、トナー像に対する出力値ＮC を基準光量の出力値Ｅで除した値（ＮC ／Ｅ）をセンサの検知結果とする補正を行うようになっている。また、このような基準光量を利用したセンサの検知結果に関する処理を行うことにより、温度変化や経時変化により各発光素子や受光素子の感度（フォトセンサ４０の感度）が変動しても、その感度をきわめて簡易に補正することが可能となる。
【００５８】
［他の実施の形態］
実施の形態１及び参考の実施形態１〜３（その変形例を含む。以後も同様である）に係るフォトセンサ装置１は、検知対象となる黒及びカラーのトナー像Ｔpatch が形成される像担持体２を備えたカラー画像形成装置であればその像担持体２の種類にかかわらず基本的には適用可能であるが、望ましくは、その像担持体２として中間転写体（中間転写ベルト若しくはドラム）又は用紙搬送体（用紙搬送ベルト若しくはドラム）を使用するカラー画像形成装置に適用するとよい。
【００５９】
これは、図１７に示すように、感光体上に形成されるカラートナー像Ｔpatch を上記各フォトセンサ装置１（の拡散反射型センサ）により検知する場合は、中間転写体又は用紙搬送体に形成されるカラートナー像Ｔpatch を上記各フォトセンサ装置１（の拡散反射型センサ）により検知する場合に比べ、その検出感度が特に低濃度のカラートナー像に対して劣るからである。このように感光体において検出感度が劣るのは、感光体の表面は通常その感光層により鏡面状態にあるがその下層は微細な凹凸面であるため、このような構造の感光体の表面にカラートナー像Ｔpatch を低濃度で形成してセンサから光を照射した際には、そのトナー像（粒子）からの拡散反射光に加えて、感光体の表面の感光層を透過してその下層の微細凹凸面で反射された拡散反射光もある程度発生して受光されることが原因であると推測される。この点、中間転写体や用紙搬送体の場合には、感光体のような表面状態に起因した拡散反射光の発生がないため低濃度トナー像に対するセンサ感度の劣化がないのである。
【００６０】
また、実施の形態１及び参考の実施形態１〜３では、フォトセンサ４、４０の拡散反射光に関する各発光素子や受光素子をその各光軸がいずれもトナー像Ｔpatch （又は像担持体２）上の１点：Ｆで互いに交わるような状態で配置した場合（図２など参照）について例示したが、本発明ではこのような配置の仕方に必ずしも限定されない。すなわち、トナー像Ｔpatch 等からの拡散反射光がその受光素子に確実に受光される限りにおいては、各発光素子や受光素子の配置の仕方（但し、各実施の形態で規定される設置条件は除く）については任意である。
【００６１】
例えば、図１８ａに例示するように、発光素子Ｄ（４１，４２，４７）の光軸と拡散反射光を受光する受光素子Ｇ（４３，４８，４９）の光軸とが、トナー像Ｔpatch （又は像担持体２）上ではなく、それよりも下方側の位置Ｊで互いに交わるような状態で配置してもよい。また、同図ｂ，ｃに例示するようにその各光軸が特に交わらない状態で配置してもよい。同図ｂに示す例は、発光素子Ｄの光軸と受光素子Ｇの光軸が互いに接することなくねじれた状態になるように配置したものである。同図ｃに示す例は、発光素子Ｄの光軸と受光素子Ｇの光軸が平行な状態になるように配置したものある。図１８中において符号Ｑは正反射用の発光素子を示す。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、正反射用の発光素子、拡散反射用の発光素子及び共用の受光素子を特定の配置条件下で配置して正反射型及び拡散反射型のフォトセンサとしているため、画像濃度の制御時に像担持体上に形成される制御用の黒トナー像及びカラートナー像の双方の濃度を正確にしかも簡易に検知することができる。
【００６３】
また、基準反射面を設けて構成した場合には、フォトセンサにおける感度が変動しても、その基準反射面からの反射光によって得られる基準光量を利用して検知結果の補正処理を行うことにより、きわめて簡易にしかも的確に補正された検知結果を安定して得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考の実施形態１に係るフォトセンサ装置の概要図である。
【図２】  発光素子及び受光素子の配置状態を示す要部斜視図である。
【図３】  フォトセンサの出力特性を示す図である。
【図４】（ａ）は拡散反射用の発光素子の配設位置を示す図、（ｂ）はその各配置位置におけるトナー付着量とセンサ出力の関係を示す図である。
【図５】  （ａ）は高度側の受光位置（検知位置）からみた場合のトナー像の状態を示す平面図、（ｂ）はそのときのトナー粒子の反射状態を示す側面図である。
【図６】  （ａ）は低度側の受光位置（検知位置）からみた場合のトナー像の状態を示す平面図、（ｂ）はそのときのトナー粒子の反射状態を示す側面図である。
【図７】  （ａ）は正反射用の発光素子の光軸とその受光素子の光軸とがなす交差角を示す図、（ｂ）はその各交差角におけるトナー付着量とセンサ出力の関係を示す図である。
【図８】  参考の実施形態１の一変形例に係るフォトセンサ装置の概要図である。
【図９】  参考の実施形態１の他の変形例に係るフォトセンサ装置の概要図である。
【図１０】  参考の実施形態２に係るフォトセンサ装置の概要図である。
【図１１】  （ａ）は拡散反射用の受光素子の配設位置を示す図、（ｂ）はその各配置位置におけるトナー付着量とセンサ出力の関係を示す図である。
【図１２】  参考の実施形態２の一変形例に係るフォトセンサ装置の概要図である。
【図１３】  参考の実施形態２の他の変形例に係るフォトセンサ装置の概要図である。
【図１４】  実施の形態１に係るフォトセンサ装置の概要図であり、（ａ）は入光用光路側が開口された状態を示し、（ｂ）は基準反射用の光路側が開口された状態を示す。
【図１５】  参考の実施形態３に係るフォトセンサ装置の概要図であり、（ａ）は入光用光路側が開口された状態を示し、（ｂ）は基準反射用の光路側が開口された状態を示す。
【図１６】  光路切り換え機構の一構成例を示す平面説明図である。
【図１７】  感光体と中間転写体又は用紙搬送体とにカラートナー像を形成して濃度検知を行った場合におけるトナー付着量とセンサ出力の関係を示す図である。
【図１８】  拡散反射型センサに関する発光素子とその受光素子の配設条件の他例を示す要部斜視図である。
【符号の説明】
１…フォトセンサ装置、２…像担持体、６…基準反射面、４，４０…正反射型及び拡散反射型のフォトセンサ、４１…正反射用の発光素子、４２…拡散反射用の発光素子、４３…共用の受光素子、４４…センサホルダ、４４ａ，４４ｂ…二分割された２つのホルダ内空間、４７…共用の発光素子、４８…正反射用の受光素子、４９…拡散反射用の受光素子、Ｔpatch …トナー像。
【図１】
0004132361.tif 000002
【図２】
0004132361.tif 000003
【図３】
0004132361.tif 000004
【図４】
0004132361.tif 000005
【図５】
0004132361.tif 000006
【図６】
0004132361.tif 000007
【図７】
0004132361.tif 000008
【図８】
0004132361.tif 000009
【図９】
0004132361.tif 000010
【図１０】
0004132361.tif 000011
【図１１】
0004132361.tif 000012
【図１２】
0004132361.tif 000013
【図１３】
0004132361.tif 000014
【図１４】
0004132361.tif 000015
【図１５】
0004132361.tif 000016
【図１６】
0004132361.tif 000017
【図１７】
0004132361.tif 000018
【図１８】
0004132361.tif 000019