(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のローラに掛け渡されたベルト状像担持体に発光素子から光を照射するとともに、前記ベルト状像担持体から反射された光を受光素子で受光し、その受光量に応じた信号を出力するセンサと、前記センサからの出力に基づき前記ベルト状像担持体に付着するトナー量を求める制御手段とを備えた画像形成装置において、
前記発光素子は、前記ベルト状像担持体を挟むように前記複数のローラのうちの一のローラに対向して配置され、前記ベルト状像担持体の表面領域のうち当該センサ対向ローラに巻き掛けられた巻き掛け領域に光を照射し、
前記ベルト状像担持体は、該ベルト状像担持体の周長が前記センサ対向ローラの周長の非整数倍で、且つ、前記センサ対向ローラが２回以上回転することで該ベルト状像担持体が１周するように構成されており、
前記制御手段は、前記ベルト状像担持体を少なくとも１周させながら、前記受光素子からの出力をサンプリングし、これら複数のサンプリング出力に基づき前記センサ対向ローラの偏心成分を求めて記憶するとともに該複数のサンプリング出力から該偏心成分を減算して前記ベルト状像担持体の周期プロファイルを求めて記憶しておき、前記ベルト状像担持体上のトナー像の画像濃度を求める際には前記ベルト状像担持体で反射された光を受光する前記受光素子からの出力を、前記偏心成分及び前記周期プロファイルによって補正し、その補正値に基づき前記トナー像の画像濃度を求める
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記複数のサンプリング出力に基づいて、前記ベルト状像担持体が少なくとも１周する間に複数周回転する前記センサ対向ローラの各周毎に求められる各同位相での偏心成分の平均値を前記偏心成分として求めて記憶しておく請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記センサ対向ローラは所定位置に固定配置され、当該所定位置で回転自在となっている請求項１または２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記センサは、水平対向位置、あるいは水平対向位置よりも上方で、かつ前記センサ対向ローラに対向する位置に配置されている請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数のローラに掛け渡されたベルト状像担持体に付着するトナー量を検出する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、複写機およびファクシミリ装置などの電子写真方式の画像形成装置では、ベルト状像担持体上にトナー像を形成するものがある。例えば、特開平１１−２５８８７２号公報に記載された装置では、２つのローラに掛け渡された転写ベルト（ベルト状像担持体）に沿って４つのプロセスユニットが配置されている。各プロセスユニットは感光体上に潜像を形成し、該潜像をトナーで現像してトナー像を形成する。これらのプロセスユニットで形成されるトナー像は互いに異なるトナー色（イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック）を有しており、各トナー像は相互に重なり合うように転写ベルトに転写される。こうして、カラー画像が転写ベルトに形成される。
【０００３】
また、この装置では、トナー像の画像濃度を調整するために、転写ベルト上に所定パターンのトナー像（パッチ画像）を形成し、その濃度を濃度センサで測定している。この濃度センサは、転写ベルトに光を照射する発光素子と、転写ベルトから反射された光を受光する受光素子とを備えており、受光素子からの出力に基づき転写ベルトに付着するトナー量を求めることでトナー像の画像濃度を測定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来においては濃度センサの配設位置に関して特段の注意が払われておらず、その結果、センサ出力に種々のノイズ成分が含まれ、像担持体に付着するトナー量の測定精度の低下を招いている。例えば、上記従来装置では、ローラから比較的離れた位置に濃度センサが配設されているため、次のような問題があった。
【０００５】
上記のようにローラから離れた位置では、転写ベルトはベルト移動方向に対してほぼ直交する方向にばたついており、センサから転写ベルト（ベルト状像担持体）までの距離（以下「センシング距離」という）がランダム、あるいは不安定に変動し、その距離変動によってセンサ出力が不安定になる。その結果、正確な測定が困難となっている。
【０００６】
また、転写ベルトは複数のローラに掛け渡されており、一部のローラが少なからず偏心を有している。このため、偏心を有するローラの回転によりさらに転写ベルトがばたつくため、センサ出力が不安定になって正確な測定が困難になっている。
【０００７】
さらに、転写ベルトの厚みについても、転写ベルト全周に亘って均一というわけではなく、厚みムラが存在することがあり、これがセンシング距離の変動要因の一つとなっている。
【０００８】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、複数のローラにベルト状像担持体が掛け渡された構造において、ベルト状像担持体に付着するトナー量を高精度に測定することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、複数のローラに掛け渡されたベルト状像担持体に発光素子から光を照射するとともに、前記ベルト状像担持体から反射された光を受光素子で受光し、その受光量に応じた信号を出力するセンサと、前記センサからの出力に基づき前記ベルト状像担持体に付着するトナー量を求める制御手段とを備えた画像形成装置であって、上記目的を達成するために、前記発光素子は、前記ベルト状像担持体を挟むように前記複数のローラのうちの一のローラに対向して配置され、前記ベルト状像担持体の表面領域のうち当該センサ対向ローラに巻き掛けられた巻き掛け領域に光を照射し、前記ベルト状像担持体は、該ベルト状像担持体の周長が前記センサ対向ローラの周長の非整数倍で、且つ、前記センサ対向ローラが２回以上回転することで該ベルト状像担持体が１周するように構成されており、
前記制御手段は、前記ベルト状像担持体を少なくとも１周させながら、前記受光素子からの出力をサンプリングし、これら複数のサンプリング出力に基づき前記センサ対向ローラの偏心成分を求めて記憶するとともに該複数のサンプリング出力から該偏心成分を減算して前記ベルト状像担持体の周期プロファイルを求めて記憶しておき、前記ベルト状像担持体上のトナー像の画像濃度を求める際には前記ベルト状像担持体で反射された光を受光する前記受光素子からの出力を、前記偏心成分及び前記周期プロファイルによって補正し、その補正値に基づき前記トナー像の画像濃度を求めることを特徴としている。
【００１０】
このように構成された発明では、巻き掛け領域に光が照射されるとともに、この巻き掛け領域で反射された光が受光素子で受光されてトナー量の測定が行われる。このように巻き掛け領域で測定を行う場合、ベルト移動方向に対してほぼ直交する方向におけるベルト状像担持体の不安定なばたつきが抑止され、故にセンサとベルト状像担持体との距離（センシング距離）の変動が効果的に抑制される。
【００１１】
ここで、センサ対向ローラとしては、所定位置に固定配置され、当該所定位置で回転自在となっているローラを選択するのが望ましい。というのも、所定位置で回転自在に固定配置されたローラに対向してセンサを配置した場合、該ローラとセンサとの距離は一定となっているからである。
【００１２】
さらに、この発明では、センサ対向ローラが２回以上回転することでベルト状像担持体を１周させるように構成している。よって、ベルト状像担持体を１周させながら、受光素子からの出力をサンプリングし、これら複数のサンプリング出力に基づきセンサ対向ローラの偏心成分を求めることができる。この偏心成分はセンシング距離の変動成分となるため、この偏心成分を正確に求めておくことは変動による誤測定を解消する上で非常に有用な情報となる。そして、ベルト状像担持体にトナー像を形成した際に、受光素子からの出力を偏心成分によって補正し、その補正値に基づきトナー像の画像濃度を求めるようにすることで、センシング距離の変動にかかわらずトナー像の画像濃度を正確に測定することができる。
【００１３】
さらに、この発明では、複数のサンプリング出力から前記偏心成分を減算して、前記ベルト状像担持体の周期プロファイルを求めるている。この周期プロファイルはベルト厚みムラを反映したものとなるため、前記ベルト状像担持体上のトナー像の画像濃度を求める際には前記ベルト状像担持体で反射された光を受光する前記受光素子からの出力を周期プロファイルによって補正し、その補正値に基づき前記トナー像の画像濃度を求めるようにすることで、トナー量の測定精度をさらに高めることができる。
【００１４】
さらに、ベルト状像担持体上のトナー量を測定する場合、ベルト状像担持体からトナーが浮遊落下してセンサに付着するおそれがあるが、センサをセンサ対向ローラと水平対向位置、あるいは水平対向位置よりも上方で、かつ前記センサ対向ローラに対向する位置に配置すると、センサのセンシング面が垂直あるいは下向きとなり、トナーによるセンシング面の汚れが防止され、測定精度の向上を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１実施形態
図１は、この発明にかかる画像形成装置の第１実施形態を示す図である。この画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーを重ね合わせてフルカラー画像を形成する装置であり、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号が制御ユニット（図２中の符号１）に与えられると、この制御ユニットによってエンジン部Ｅの各部が制御されて転写紙、複写紙やＯＨＰシートなどのシートＳに画像信号に対応する画像が形成される。
【００１６】
このエンジン部Ｅでは、プロセスユニット２の感光体２１にトナー像を形成可能となっている。すなわち、プロセスユニット２は、図１の矢印方向に回転可能な感光体２１を備えており、さらに感光体２１の周りにその回転方向に沿って、帯電手段としての帯電ローラ２２、現像手段としての現像器２３Ｙ，２３Ｃ，２３Ｍ，２３Ｋ、および感光体用クリーナブレード２４がそれぞれ配置されている。
【００１７】
この装置では、帯電ローラ２２が感光体２１の外周面に当接して外周面を均一に帯電させた後、感光体２１の外周面に向けて露光ユニット３からレーザ光Ｌが照射される。この露光ユニット３は、同図に示すように、画像信号に応じて変調駆動される半導体レーザなどの発光素子３１を備えており、この発光素子３１からのレーザ光Ｌが高速モータ３２によって回転駆動される多面鏡３３に入射されている。そして、多面鏡３３によって反射されたレーザ光Ｌはレンズ３４およびミラー３５を介して感光体２１上に主走査方向（同図の紙面に対して垂直な方向）に走査して画像信号に対応する静電潜像を形成する。なお、符号３６は主走査方向における同期信号を得るための水平同期用読取センサである。
【００１８】
こうして形成された静電潜像は現像部２３によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では現像部２３として、イエロー用の現像器２３Ｙ、シアン用の現像器２３Ｃ、マゼンタ用の現像器２３Ｍ、およびブラック用の現像器２３Ｋがこの順序で感光体２１に沿って配置されている。これらの現像器２３Ｙ，２３Ｃ，２３Ｍ，２３Ｋは、それぞれ感光体２１に対して接離自在に構成されており、制御ユニット１からの指令に応じて、上記４つの現像器２３Ｙ，２３Ｍ，２３Ｃ，２３Ｋのうちの一の現像器が選択的に感光体２１に当接するとともに、高電圧が印加されて選択された色のトナーを感光体２１の表面に付与して感光体２１上の静電潜像を顕在化する。
【００１９】
現像部２３で現像されたトナー像は、ブラック用現像器２３Ｋと感光体用クリーナブレード２４との間に位置する一次転写領域で転写ユニット４の中間転写ベルト４１（ベルト状像担持体）上に一次転写される。また、一次転写領域から周方向（図１の矢印方向）に進んだ位置には、感光体用クリーナブレード２４が配置されており、一次転写後に感光体２１の外周面に残留付着しているトナーを掻き落とす。
【００２０】
この転写ユニット４は７個のローラ４２〜４８を有しており、二次転写ローラ４８を除く６個のローラ４２〜４７に無端状の中間転写ベルト４１が掛け渡されている。そして、カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体２１上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト４１上に重ね合わせてカラー像を形成するとともに、カセットや手差しトレイから取り出されたシートＳが上ガイド部材５Ｕおよび下ガイド部材５Ｄの間を通過して二次転写領域に搬送し、当該シートＳにカラー像を二次転写することでカラー画像を得ている（カラー印字処理）。また、モノクロ画像をシートＳに転写する場合には、感光体２１上のブラックトナー像のみを中間転写ベルト４１上に形成し、カラー画像の場合と同様にして二次転写領域に搬送されてきたシートＳに転写してモノクロ画像を得る（モノクロ印字処理）。
【００２１】
また、ローラ４６に対向してベルトクリーナ４９が設けられている。このベルトクリーナ４９は、二次転写後に中間転写ベルト４１に残存する残留トナーをクリーニング除去するものであり、次のように構成されている。すなわち、このベルトクリーナ４９では、クリーナケース４９１にクリーナブレード４９２が取り付けられ、クリーナカバー４９３内で中間転写ベルト４１に対して離当接可能に構成されるとともに、ベルトクリーナ用駆動部（図示省略）によって離当接駆動される。なお、図１中の符号４９４はクリーナすくいシートである。
【００２２】
また、ローラ４３の下方位置には、中間転写ベルト４１の基準位置を検出するためのセンサ４０が配置されており、主走査方向とほぼ直交する副走査方向における同期信号、つまり垂直同期信号を得るための垂直同期用読取センサとして機能する。また、ローラ４３に掛け渡された中間転写ベルト４１上に付着しているトナー量を検出するセンサ６が中間転写ベルト４１を挟んでローラ４３に対向配置されている。このように、この実施形態ではローラ４３が本発明の「センサ対向ローラ」となっている。
【００２３】
図２は中間転写ベルト上のトナー量を検出するセンサの構成を示す図である。このセンサ６は、中間転写ベルト４１の表面領域のうちローラ４３に巻き掛けられた巻き掛け領域４１ａに光を照射するＬＥＤなどの発光素子６０１を有している。また、このセンサ６には、照射光の照射光量を調整するために、偏光ビームスプリッター６０３、照射光量モニタ用受光ユニット６０４および照射光量調整ユニット６０５が設けられている。
【００２４】
この偏光ビームスプリッター６０３は、同図に示すように、発光素子６０１と中間転写ベルト４１との間に配置されており、中間転写ベルト４１上における照射光の入射面に平行な偏光方向を有するｐ偏光と、垂直な偏光方向を有するｓ偏光とに分割している。そして、ｐ偏光についてはそのまま中間転写ベルト４１に入射する一方、ｓ偏光については偏光ビームスプリッター６０３から取り出された後、照射光量モニタ用の受光ユニット６０４に入射され、この受光ユニット６０４から照射光量に比例した信号が照射光量調整ユニット６０５に出力される。
【００２５】
この照射光量調整ユニット６０５は、受光ユニット６０４からの信号と、ＣＰＵ１１およびメモリ１２を備えて装置全体を制御する制御ユニット１からの光量制御信号Ｓlcとに基づき発光素子６０１をフィードバック制御して発光素子６０１から中間転写ベルト４１に照射される照射光量を光量制御信号Ｓlcに対応する値に調整する。このように、この実施形態では、照射光量を広範囲に、かつ適切に変更調整することができる。
【００２６】
また、この実施形態では、照射光量モニタ用受光ユニット６０４に設けられた受光素子６４２の出力側に入力オフセット電圧６４１が印加されており、光量制御信号Ｓlcがある信号レベルを超えない限り、発光素子６０１が消灯状態に維持されるように構成されている。その具体的な電気的構成は図３に示す通りである。図３は図１の装置において採用された受光ユニット６０４の電気的構成を示す図である。この受光ユニット６０４では、フォトダイオードなどの受光素子ＰＳのアノード端子は電流−電圧（Ｉ／Ｖ）変換回路を構成するオペアンプＯＰの非反転入力端子に接続されるとともに、オフセット電圧６４１を介して接地電位に接続されている。また、受光素子ＰＳのカソード端子は、オペアンプＯＰの反転入力端子に接続されるとともに、抵抗Ｒを介してオペアンプＯＰの出力端子に接続されている。このため、受光素子ＰＳに光が入射されて光電流ｉが流れると、オペアンプＯＰの出力端子からの出力電圧Ｖ0は、
Ｖ0＝ｉ・Ｒ＋Ｖoff
（ただし、Ｖoffはオフセット電圧値である）
となり、反射光量に対応した信号が受光ユニット６０４から出力される。このように構成した理由について以下説明する。
【００２７】
入力オフセット電圧６４１を印加しない場合には、図４の破線で示すような光量特性を示す。つまり、光量制御信号Ｓlc(0)を制御ユニット１から照射光量調整ユニット６０５に与えると、発光素子６０１は消灯状態となり、光量制御信号Ｓlcの信号レベルを高めると、発光素子６０１は点灯し、中間転写ベルト４１上への照射光量も信号レベルにほぼ比例して増大する。しかしながら、光量特性は周辺温度の影響や照射光量調整ユニット６０５の構成などによって図４に示す一点鎖線や二点鎖線のように平行シフトすることがあり、仮に同図の一点鎖線のようにシフトしてしまうと、制御ユニット１から消灯指令、つまり光量制御信号Ｓlc(0)を与えているにもかかわらず、発光素子６０１が点灯していることがある。
【００２８】
これに対し、本実施形態の如く、入力オフセット電圧６４１を印加して予め同図の右手側にシフトさせて不感帯（信号レベルＳlc(0)〜Ｓlc(1)）を設けている場合（同図の実線）には、制御ユニット１から消灯指令、つまり光量制御信号Ｓlc(0)を与えることで確実に発光素子６０１を消灯することができ、装置の誤作動を未然に防止することができる。
【００２９】
一方、信号レベルＳlc(1)を超える光量制御信号Ｓlcが制御ユニット１から照射光量調整ユニット６０５に与えられると、発光素子６０１は点灯し、中間転写ベルト４１にｐ偏光が照射光として照射される。すると、このｐ偏光は中間転写ベルト４１で反射され、反射光量検出ユニット６０７で反射光の光成分のうちｐ偏光の光量とｓ偏光の光量とが検出され、各光量に対応する信号が制御ユニット１に出力される。
【００３０】
この反射光量検出ユニット６０７は、図２に示すように、反射光の光路上に配置された偏光ビームスプリッター６７１と、偏光ビームスプリッター６７１を通過するｐ偏光を受光し、そのｐ偏光の光量に対応する信号を出力する受光ユニット６７０ｐと、偏光ビームスプリッター６７１で分割されたｓ偏光を受光し、そのｓ偏光の光量に対応する信号を出力する受光ユニット６７０ｓとを備えている。この受光ユニット６７０ｐでは、受光素子６７２ｐが偏光ビームスプリッター６７１からのｐ偏光を受光し、その受光素子６７２ｐからの出力をアンプ回路６７３ｐで増幅した後、その増幅信号をｐ偏光の光量に相当する信号として受光ユニット６７０ｐから出力している。また、受光ユニット６７０ｓは受光ユニット６７０ｐと同様に受光素子６７２ｓおよびアンプ回路６７３ｓを有している。このため、反射光の光成分のうち互いに異なる２つの成分光（ｐ偏光とｓ偏光）の光量を独立して求めることができる。
【００３１】
また、この実施形態では、受光素子６７２ｐ，６７２ｓの出力側に出力オフセット電圧６７４ｐ，６７４ｓがそれぞれ印加されており、アンプ回路６７３ｐ，７３ｓから制御ユニット１に与えられる信号の出力電圧Ｖp，Ｖsは図５に示すようにプラス側にオフセットされている。各受光ユニット６７０ｐ，７０ｓの具体的な電気的構成については、受光ユニット６０４と同一であるため、ここでは図示説明を省略する。このように構成された受光ユニット６７０ｐ，６７０ｓにおいても、受光ユニット６０４と同様に、反射光量がゼロであるときであっても、各出力電圧Ｖp，Ｖsはゼロ以上の値を有し、しかも反射光量の増大に比例して出力電圧Ｖp，Ｖsも増大する。このように出力オフセット電圧６７４ｐ，６７４ｓを印加することで図４の不感帯の影響を確実に排除することができ、反射光量に応じた出力電圧を出力することができる。
【００３２】
これら出力電圧Ｖp，Ｖsの信号は制御ユニット１に入力され、Ａ／Ｄ変換された後、中間転写ベルト４１上に付着するトナー量が制御ユニット１によって求められる。この実施形態では、実際のトナー量の測定に先立って予め次のようにしてローラ４３の偏心成分と中間転写ベルト４１の周期プロファイルとが求められ、メモリ１２に記憶されている。ここでは、トナー量の測定フローに先立って、偏心成分と周期プロファイルとの導出手順について説明する。
【００３３】
この第１実施形態にかかる画像形成装置では、本発明の「ベルト状像担持体」に相当する中間転写ベルト４１の周長はセンサ対向ローラ４３の周長の非整数倍となっており、センサ対向ローラ４３が約５．２周するごとに中間転写ベルト４１が１周するように構成されている。そして、中間転写ベルト４１が１周するのに３１２０ｍｓを要し、中間転写ベルト４１からの反射光量を１０ｍｓ間隔でサンプリングし、各サンプリング位置ｘでの出力電圧Ｖpから消灯時の出力電圧Ｖp0を差し引き、この光量信号ＳigＰ（＝Ｖp−Ｖp0）を求めるとともに、各サンプリング位置ｘでの出力電圧Ｖsから消灯時の出力電圧Ｖs0を差し引き、この光量信号ＳigＳ（＝Ｖs−Ｖs0）を求めた後、これらの光量信号比（＝ＳigＰ／ＳigＳ）を各サンプリング位置ｘでのサンプリングデータＤ(x)としてメモリ１２に記憶する。この実施形態では、中間転写ベルト４１が１周する間に３１２個のサンプリングデータＤ(x)が得られるのであるが、この実施形態では少ないメモリ容量で、しかも効率的な演算処理を実行するためにサンプリング数を２５６個に設定している。すなわち、サンプリングデータＤ(0)，Ｄ(1)，…Ｄ（255）をメモリ１２に記憶している。
【００３４】
ここで、「消灯時の出力電圧Ｖp0，Ｖs0」とは、消灯指令に相当する光量制御信号Ｓlc(0)を照射光量調整ユニット６０５に出力して発光素子６０１を消灯し、この消灯状態でのｐおよびｓ偏光の光量を示す出力電圧Ｖp0，Ｖs0を暗出力電圧として記憶したものである。そして、上記のように出力電圧Ｖp，Ｖsから出力電圧Ｖp0，Ｖs0をそれぞれ差し引くことで暗出力電圧Ｖp0，Ｖs0の悪影響を排除し、より高精度な測定が可能となる。
【００３５】
なお、この実施形態では、後述するようにトナー量の指標として光量信号比（＝ＳigＰ／ＳigＳ）を用いていることから、光量信号比をサンプリングデータとして用いているが、トナー量の指標として他のデータ、例えば出力電圧Ｖp，Ｖs、光量信号ＳigＰ，ＳigＳ、光量信号和（＝ＳigＰ＋ＳigＳ）や光量信号差（＝ＳigＰ−ＳigＳ）などを用いる場合には、その指標に対応するデータをサンプリングデータとして用いればよい。さらに、両出力電圧を回路的に演算したうえで制御ユニット１に入力されるように構成し、その入力信号をサンプリングデータとしてメモリ１２に記憶するようにしてもよい。
【００３６】
また、ローラ４３が５．２周するごとに中間転写ベルト４１が１周するため、上記サンプリングデータＤ(x)から連続する６０（＝３１２÷５．２）個のサンプリングデータを取り出すと、それら６０個のサンプリングデータ中にローラ４３の１周分の成分が含まれていることとなる。ここで、ローラ４３の偏心成分に着目すると、センサ対向ローラ４３の１周分の平均値をとることにより、偏心成分を考慮する必要がなくなる。というのは、センサ対向ローラ４３が１周する間には偏心によりセンシング距離が遠くなる場合と近くなる場合の両方が含まれ、平均値をとることにより各々の影響が打ち消しあって、結局、設計上のセンシング距離における平均値とほぼ等価と考えることができるからである。
【００３７】
そこで、例えば図６に示すサンプリングデータＤ(x)から連続する６０個のサンプリングデータを１つの区間として３つの区間(1)〜(3)を規定し、各区間を構成するサンプリング位置ｘ（ｘ＝３０，３１，…，２１０）を中心としたローラ４３の１周分の平均値ＡＶ(x)を求める。つまり、
ＡＶ(30)＝（Ｄ(0)＋…＋Ｄ(30)＋…＋Ｄ(59)）／６０
ＡＶ(31)＝（Ｄ(1)＋…＋Ｄ(31)＋…＋Ｄ(60)）／６０
ＡＶ(32)＝（Ｄ(2)＋…＋Ｄ(32)＋…＋Ｄ(61)）／６０
…
ＡＶ(210)＝（Ｄ(180)＋…＋Ｄ(210)＋…＋Ｄ(239)）／６０
を求める。上式では、サンプリング位置「０」〜「５９」の６０個のサンプリングデータの中心を３０としているが、厳密に中心は「２９」と「３０」の間であり上式は、
ＡＶ(29)＝（Ｄ(0)＋…＋Ｄ(30)＋…＋Ｄ(59)）／６０
（以下同様）
と処理してもよい。
【００３８】
このようにして求められた平均値ＡＶ(x)はローラ４３の偏心成分をキャンセルしたものであり、サンプリングデータＤ(x)から平均値ＡＶ(x)を減算することによって各サンプリング位置ｘでのローラ４３の偏心成分Ｅ(x)を求めることができる。つまり、
Ｅ(x)＝Ｄ(x)−ＡＶ(x)
によってローラ４３の偏心成分Ｅ(x)を求めることができる。ただし、ここでは、中間転写ベルト４１が１周する間のローラ４３の３周分の偏心成分を求めている。
【００３９】
ここで、区間(1)〜(3)はいずれもローラ４３の１周に相当するので、同位相であれば偏心成分Ｅ(x)は同じ値を示すはずである。そこで、区間(1)〜(3)の各同位相での偏心成分の平均値Ｅav(a)を次式、
Ｅav(a)＝｛Ｄ(30+a)−ＡＶ(30+a)｝＋｛Ｄ(90+a)−ＡＶ(90+a)｝＋｛Ｄ(120+a)−ＡＶ(120+a)｝／３  …  (1)
（ただし、ａ＝０，１，…５９である）
に基づき求める。このように、この実施形態では、中間転写ベルト４１が１周する間に３つの偏心成分を求め、それらの平均値を求めているため、ローラ４３の偏心成分を高精度に求めることができる。もちろん、中間転写ベルト４１の１周に対するローラ４３の回転数は「５．２」に限定されるものではなく、２回転以上であれば、上記と同様にしてローラ４３の偏心成分を求めることができる。
【００４０】
こうして、式(1)にしたがって各位相でのローラ４３の偏心成分Ｅav(a)が求まると、サンプリングデータＤ(x)から偏心成分を減算することにより、中間転写ベルト４１の厚みムラを反映した周期プロファイルＦ(x)が得られる（図７）。つまり、周期プロファイルＦ(x)は、
Ｆ(0)＝Ｄ(0)−Ｅav(30)
Ｆ(1)＝Ｄ(1)−Ｅav(31)
…
Ｆ(29)＝Ｄ(29)−Ｅav(59)
Ｆ(30)＝Ｄ(30)−Ｅav(0)
Ｆ(31)＝Ｄ(31)−Ｅav(1)
…
となる。
【００４１】
このようにして得られた偏心成分Ｅav(a)および周期プロファイルＦ(x)はメモリ１２に記憶される。そして、実際のトナー量を測定する場合には、後で説明する手順で算出されるトナー量の指標たる光量信号比を算出した後、この光量信号比に対して偏心成分Ｅav(a)および周期プロファイルＦ(x)による補正（距離変動補正）し、その補正結果に基づきトナー量を測定する。
【００４２】
図８は、図１の画像形成装置におけるトナー量測定動作を示すフローチャートである。この装置では、制御ユニット１は、トナー量測定に先立って、消灯指令に相当する光量制御信号Ｓlc(0)を照射光量調整ユニット６０５に出力して発光素子６０１を消灯する（ステップＳ１）。特に、この実施形態では上述したように、入力オフセット電圧６４１を印加することで不感帯（図４の信号レベルＳlc(0)〜Ｓlc(1)）が設定されているので、光量制御信号Ｓlc(0)を与えた際に発光素子６０１が確実に消灯される。
【００４３】
そして、この消灯状態でのｐ偏光の受光量を示す出力電圧Ｖp0と、ｓ偏光の受光量を示す出力電圧Ｖs0を検出し、制御ユニット１のメモリ１２に記憶する（ステップＳ２）。すなわち、消灯状態でのセンサ出力、つまり暗出力電圧を検出して記憶している。
【００４４】
次に、光量制御信号Ｓlcとして不感帯を超える信号レベルの信号Ｓlc(2)を設定し、この光量制御信号Ｓlc(2)を照射光量調整ユニット６０５に与えて発光素子６０１を点灯させる（ステップＳ３）。すると、発光素子６０１からの光が中間転写ベルト４１に照射されるとともに、中間転写ベルト４１で反射された光のｐ偏光およびｓ偏光の光量が反射光量検出ユニット６０７によって検出され、各受光光量に対応する出力電圧Ｖp，Ｖsが制御ユニット１に入力される。（ステップＳ４）。
【００４５】
そこで、制御ユニット１はｐ偏光に関して出力電圧Ｖpから暗出力電圧Ｖp0を差し引いてトナー量に対応するｐ偏光の光量を表す光量信号ＳigＰを求めている（ステップＳ５）。また、ｓ偏光についても、ｐ偏光と同様に、出力電圧Ｖsから暗出力電圧Ｖs0を差し引いてトナー量に対応するｓ偏光の光量を表す光量信号ＳigＳを求めている（ステップＳ５）。さらに、こうして補正された光量信号ＳigＰ，ＳigＳの比を求める（ステップＳ５）。このように、この実施形態では、測定された出力電圧Ｖp，Ｖsから暗出力電圧Ｖp0，Ｖs0をそれぞれ取り除いているので、トナー量に対応する光量を精度良く求めることができ、例えば装置周辺温度などの周辺環境や装置構成部品の経時変化などによって暗出力が変動したとしても、その影響を受けることなく、トナー量の指標を求めることができる。
【００４６】
次のステップＳ６では、上記のようにして得られた光量信号比に対して偏心成分Ｅav(a)および周期プロファイルＦ(x)による補正（距離変動補正）を行う。この補正にかかる手順は以下のとおりである。
【００４７】
まず、本実施形態においては、センサ対向ローラ４３が約５．２周するごとに、中間転写ベルト４１が１周する。したがって、上記の偏心成分および周期プロファイルを求めた時と、その後トナー量を求めるべく検出を行なった時とでは、センサ対向ローラ４３の位相が異なる。しかしながら、センサ対向ローラ４３と中間転写ベルト４１の周長比は設計上、既知である。そこで、偏心成分および周期プロファイルを求めた時点から、トナー量検出までの間に中間転写ベルト４１が周回した数に基づき、偏心成分の位相をずらすことによって、トナー量検出の時点でのセンサ対向ローラ４３の位相に一致させる。そして、周期プロファイルと偏心成分を合成し、光量信号比に対して補正を行う。
【００４８】
以上のような処理によって、ローラの偏心成分およびベルト厚みムラの影響を補正することができる。その後、その補正結果に基づきトナー量を測定する（ステップＳ７）。
【００４９】
以上のように、この実施形態によれば、ローラ４３に巻き掛けられた中間転写ベルト表面領域、つまり巻き掛け領域４１ａに光が照射されるとともに、この巻き掛け領域４１ａで反射された光が受光素子６７２ｐ，６７２ｓで受光され、センサ６から出力される信号に基づきトナー量の測定が行われる。この巻き掛け領域４１ａではベルト移動方向に対してほぼ直交する方向における中間転写ベルト４１の不安定なばたつきはなく、センサ６と中間転写ベルト４１との距離（センシング距離）の変動をローラの偏心などに起因する変動分のみに抑制することができ、測定精度の向上を図ることができる。
【００５０】
また、この実施形態では、ローラの偏心成分Ｅav(a)を求め、ローラ偏心に起因するセンサ６と中間転写ベルト４１との距離（センシング距離）の変動を補正しているので、ローラ偏心の影響を抑えて測定精度のさらなる向上を図ることができる。また、中間転写ベルト４１の厚みムラについては上記した周期プロファイルＦ(x)により求めることができ、この周期プロファイルＦ(x)によりトナー量の指標たる光量信号比を補正しているので、ベルト厚みムラの影響についても抑えることができ、高精度なトナー量の測定が可能となっている。
【００５１】
また、中間転写ベルト４１上のトナー量を測定する場合、中間転写ベルト４１からトナーが浮遊落下してセンサ６に付着するおそれがあるが、センサ６をセンサ対向ローラたるローラ４３の水平対向位置に配置しているため、センシング面が垂直となり、浮遊落下するトナーがセンシング面に付着するのを効果的に防止することができ、測定精度の向上を図ることができる。この作用効果については、センサ６をローラ４３の水平対向位置（図２）の上方で、かつローラ４３に対向する位置に配置した場合にも同様、あるいはそれ以上となる。
【００５２】
また、この実施形態では、中間転写ベルト４１からの反射光の光成分のうちｐ偏光の光量を表す光量信号ＳigＰ、およびｓ偏光の光量を表す光量信号ＳigＳを独立して求め、それらの光量信号比（＝ＳigＰ／ＳigＳ）に基づき中間転写ベルト４１上に付着するトナー量を測定しているので、ノイズの影響や中間転写ベルト４１への照射光量の変動の影響を受け難く、高精度なトナー量測定が可能となる。
【００５３】
さらに、暗出力を求める際には、発光素子６０１を確実に消灯する必要があるが、この実施形態によれば、上記したように入力オフセット電圧６４１を印加することで発光素子６０１を確実に消灯することができる。
【００５４】
なお、この第１実施形態では、ローラの偏心成分Ｅav(a)および周期プロファイルＦ(x)に基づきトナー量の指標たる光量信号比を補正しているが、両者で補正量に大きな差がある場合には、より補正量の大きい方のみに基づき光量信号比を補正するようにしてもよい。
【００５５】
また、本実施形態では中間転写ベルト４１とセンサ対向ローラ４３の周長が非整数倍のため、偏心成分および周期プロファイルを求めた時点と、トナー量検出の時点とにおけるセンサ対向ローラ４３の中間転写ベルト４１に対する位相のズレを補正しているが、中間転写ベルト４１とセンサ対向ローラ４３周長を整数にすることで位相ズレを排除するようにしてもよい。この場合、位相ズレを補正する計算が不要になるためより少ない処理ステップで同様の効果が得られる上、計算精度による検出誤差も未然に防ぐことが出来る。
【００５６】
Ｂ．第２実施形態
また、中間転写ベルト４１がセンサ対向ローラ４３の周長の整数倍となっている画像形成装置では、図９に示す手順でトナー量を測定することによって上記第１実施形態と同様に、センサ６と中間転写ベルト４１との距離（センシング距離）の変動を抑え、しかもローラの偏心成分およびベルト厚みムラの影響を補正して中間転写ベルト４１に付着するトナー量を高精度に測定することができる。
【００５７】
図９は、この発明にかかる画像形成装置の第２実施形態におけるトナー量測定動作を示すフローチャートである。ここでは、まずトナー像が形成されていない中間転写ベルト４１が１周する間に、中間転写ベルト４１からの反射光量に相当する出力電圧Ｖp，Ｖsを所定のサンプリング間隔（例えば１０ｍｓ）でサンプリングし、上記のように出力電圧Ｖpから暗出力電圧Ｖp0を差し引いてトナー量に対応するｐ偏光の光量を表す光量信号ＳigＰを求めるとともに、出力電圧Ｖsから暗出力電圧Ｖs0を差し引いてトナー量に対応するｓ偏光の光量を表す光量信号ＳigＳを求めた後、こうして補正された光量信号ＳigＰ，ＳigＳの比を求め、各サンプリング位置ｘでの光量信号比Ｒ(x)を下地データとしてメモリ１２に記憶する（ステップＳ１１）。このようにして求められた下地データＲ(x)には、上記において詳述したローラの偏心成分およびベルト厚みムラが含まれている。しかも、中間転写ベルト４１とセンサ対向ローラ４３の周長が整数倍となっているため、周数にかかわらず、両者の位相ズレは生じない。
【００５８】
そして、実際にトナー量を測定する際には、第１実施形態のステップＳ１〜Ｓ５と同様の手順を実行することによって、トナー量の指標となる光量信号比（＝ＳigＰ／ＳigＳ）をサンプリングデータＤ(x)として算出し、メモリ１２に記憶する（ステップＳ１２〜Ｓ１６）。
【００５９】
それに続いて、ステップＳ１１で求めた下地データＲ(x)に基づきサンプリングデータＤ(x)を補正した（ステップＳ１７）後、その補正された光量信号比に基づきトナー量を検出する（ステップＳ１８）。
【００６０】
以上のように、この第２実施形態においては、サンプリングデータＤ(x)から下地データＲ(x)を差し引くことによってローラの偏心成分およびベルト厚みムラの影響を補正して中間転写ベルト４１に付着するトナー量を高精度に測定することができる。したがって、第１実施形態と比較すると、少ない処理ステップで高精度なトナー測定が可能となる。
【００６１】
Ｃ．その他
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、ローラ４３に対向してセンサ６を配置しているが、中間転写ベルト４１が掛け渡されている他のローラ４２，４４〜４７に対向してセンサ６を配置するようにしてもよい。ただし、上記実施形態では複数のローラ４２〜４７のうちローラ４４がテンションローラとなっているため、予め装置本体に対して固定配置されて当該固定位置で回転自在となっている他のローラの一に対してセンサ６を設けるのが望ましい。なんとなれば、所定位置で回転自在に固定配置されたローラに対向してセンサ６を配置した場合、該ローラとセンサ６との距離は一定となっているからである。
【００６２】
これに対し、テンションローラ４４は中間転写ベルト４１に対して進退移動するように構成されているため、予め固定配置されたセンサ６とテンションローラ４４との距離が変動しやすく、テンションローラ４４に掛け渡されたベルト領域とセンサ６との距離が変動してしまい、測定精度の低下要因となってしまうためである。これを防止するためには、例えばテンションローラ４４とセンサ６とを機械的に連結しておき、テンションローラ４４の変動に伴ってセンサ６も連動するように構成すればよい。
【００６３】
また、上記実施形態では、トナー量の指標値として光量信号比（＝ＳigＰ／ＳigＳ）を用いているが、その他の指標値、例えば出力電圧Ｖp，Ｖs、光量信号ＳigＰ，ＳigＳ、光量信号和（＝ＳigＰ＋ＳigＳ）や光量信号差（＝ＳigＰ−ＳigＳ）などを用いることができる。
【００６４】
また、上記したいずれの実施形態も、(1)ローラ４３に対向してセンサ６を設けるという構成を備えることによってセンシング距離の変動を抑え、また(2)ローラの偏心成分に基づきサンプリングデータを補正するという構成、および(3)周期プロファイル（ベルト厚みムラ）に基づきサンプリングデータを補正するという構成を備え、これらの影響を排除することによって、トナー量の測定精度の向上を図っているが、各構成(1)〜(3)を単独あるいは適当に組み合わせてもよいことはいうまでもない。
【００６５】
また、上記実施形態では、図２に示すように、照射光と反射光とを含む入射面（図２の紙面）がセンサ対向ローラ４３の回転軸とほぼ直交するように発光素子６０１および受光素子６７２ｐ，６７２ｓが配置されているが、これらの配置関係はこれに限定されるものではなく、例えば上記入射面がローラ回転軸とほぼ平行となるようにセンサ６を構成してもよい。また、入射面とローラ回転軸が平行でない場合、ローラの偏心などによりセンシング距離が変動するだけでなくローラ表面（反射面）の角度の変化による反射光量の変化を招くが、入射面とローラ回転軸を平行にすることにより、反射面の角度をより安定させることができる。また、同じ理由により、反射面の角度を安定させるために、入射面とローラ回転軸が同一平面にあるように構成してもよい。
【００６６】
また、上記実施形態では、中間転写ベルト４１をベルト状像担持体とする画像形成装置に本発明を適用しているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、感光体ベルトにトナー像を形成する画像形成装置などにも適用可能であり、複数のローラに掛け渡されたベルト状像担持体を備えた画像形成装置全般に本発明を適用することができる。
【００６７】
さらに、上記実施形態では、４色のトナーを用いたカラー画像を形成することができる画像形成装置であったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、モノクロ画像のみを形成する画像形成装置にも当然に適用することができる。また、上記実施形態にかかる画像形成装置は、ホストコンピュータなどの外部装置より与えられた画像を複写紙、転写紙、用紙およびＯＨＰ用透明シートなどのシートＳに形成するプリンタであるが、本発明は複写機やファクシミリ装置などの電子写真方式の画像形成装置全般に適用することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、センサ対向ローラに巻き掛けられたベルト状像担持体の表面領域、つまり巻き掛け領域に光が照射されるとともに、この巻き掛け領域で反射された光が受光素子で受光されてトナー量の測定が行われるように構成しているので、センサとベルト状像担持体との距離（センシング距離）の変動を抑制することができ、ベルト状像担持体に付着するトナー量を高精度に測定することができる。
【００６９】
また、ベルト状像担持体を１周させながら、受光素子からの出力をサンプリングし、これら複数のサンプリング出力に基づき駆動ローラの偏心成分を求めておき、この偏心成分によって実際のデータを補正し、その補正値に基づきトナー量を正確に求めることができる。
【００７０】
さらに、センサをセンサ対向ローラと水平対向位置、あるいは水平対向位置よりも上方で、かつ前記センサ対向ローラに対向する位置に配置しているので、センサのセンシング面が垂直あるいは下向きとなり、浮遊落下トナーによるセンシング面の汚れを防止することができ、測定精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる画像形成装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】中間転写ベルト上のトナー量を検出するセンサの構成を示す図である。
【図３】図１の装置において採用された受光ユニットの電気的構成を示す図である。
【図４】図１のトナー量測定装置における光量制御特性を示す図である。
【図５】図１のトナー量測定装置における反射光量に対する出力電圧の変化の様子を示すグラフである。
【図６】センサから出力されるサンプリングデータの一例を示すグラフである。
【図７】図６のサンプリングデータから駆動ローラの偏心成分を取り除くことによって得られる中間転写ベルトの周期プロファイルを示すグラフである。
【図８】図１の画像形成装置におけるトナー量測定動作をフローチャートである。
【図９】この発明にかかる画像形成装置の第２実施形態におけるトナー量測定動作をフローチャートである。
【符号の説明】
１…制御ユニット（制御手段）
６…センサ
１１…ＣＰＵ（制御手段）
１２…メモリ
４１…中間転写ベルト（ベルト状像担持体）
４１ａ…巻き掛け領域
４２〜４７…ローラ
４３…センサ対向ローラ
６０１…発光素子
６４２，６７２ｐ，６７２ｓ，ＰＳ…受光素子
６７０ｐ，６７０ｓ…受光ユニット
【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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