(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と、前記複数のローラのうちの一のローラの近傍に配置されて前記ベルト状像担持体からの光を受光し、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、
前記ベルト状像担持体の周長は前記一のローラの周長の整数倍で、かつ、前記一のローラが２回以上回転することで前記ベルト状像担持体を１周させるように構成されており、しかも、
前記制御手段は、
前記ベルト状像担持体へのトナー像の形成に先立って、前記一のローラの２回転以上に相当する距離だけ前記ベルト状像担持体を回転移動させながら、前記センサからの出力信号を前記一のローラの１回転に相当する区間だけサンプリングした時点およびそれ以降に出力信号を１つサンプリングして該サンプリング前の区間から１サンプリングずれた区間のサンプリングデータを得る毎に、下記の偏心成分導出処理を実行することによって前記一のローラの偏心成分を求めておき、
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センサからの出力を、前記偏心成分によって補正し、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。
前記偏心成分導出処理は、該区間での中心位置をサンプリング位置Ｘとして、該区間のサンプリングデータの平均値ＡＶ（Ｘ）を求めるとともに、該サンプリング位置ＸにおけるサンプリングデータＤ（Ｘ）から前記平均値ＡＶ（Ｘ）を減算して該サンプリング位置Ｘでの前記一のローラの偏心成分Ｅ（Ｘ）を導出する処理である。
【請求項２】
前記センサは、
前記ベルト状像担持体を挟むように前記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前記一のローラに巻き掛けられた巻き掛け領域に光を照射する発光素子と、
前記ベルト状像担持体から反射された光を受光し、その受光量に応じた信号を出力する受光素子と
を有している請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
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、かつ前記一のローラに対向する位置に配置されている請求項１または２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測定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】
しかしながら、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ため、次のような問題があった。すなわち、この種の装置では、ローラの偏心によ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。
【０００５】
また、上記従来例では次のような問題もあった。すなわち、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、センシング距離がランダム、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って正確な測定が困難になっている。
【０００６】
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。
【０００７】
【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と、前記複数のローラのうちの一のローラの近傍に配置されて前記ベルト状像担持体からの光を受光し、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、前記ベルト状像担持体の周長は前記一のローラの周長の整数倍で、かつ、前記一のローラが２回以上回転することで前記ベルト状像担持体を１周させるように構成されており、しかも、前記制御手段は、前記ベルト状像担持体へのトナー像の形成に先立って、前記一のローラの２回転以上に相当する距離だけ前記ベルト状像担持体を回転移動させながら、前記センサからの出力信号を前記一のローラの１回転に相当する区間だけサンプリングした時点およびそれ以降に出力信号を１つサンプリングして該サンプリング前の区間から１サンプリングずれた区間のサンプリングデータを得る毎に、下記の偏心成分導出処理を実行することによって前記一のローラの偏心成分を求めておき、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センサからの出力を、前記偏心成分によって補正し、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。なお、前記偏心成分導出処理は、該区間での中心位置をサンプリング位置Ｘとして、該区間のサンプリングデータの平均値ＡＶ（Ｘ）を求めるとともに、該サンプリング位置ＸにおけるサンプリングデータＤ（Ｘ）から前記平均値ＡＶ（Ｘ）を減算して該サンプリング位置Ｘでの前記一のローラの偏心成分Ｅ（Ｘ）を導出する処理である。
【０００８】
このように構成された発明では、一のローラが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もよく、一のローラの２回転以上に相当する距離だけベルト状像担持体を回転移動させながら、センサからの出力信号を一のローラの１回転に相当する区間だけサンプリングした時点およびそれ以降に出力信号を１つサンプリングして該サンプリング前の区間から１サンプリングずれた区間のサンプリングデータを得る毎に上記偏心成分導出処理を行うことで一のローラの偏心成分が求められる。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センシング距離の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ているので、ローラの偏心による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。
【０００９】
また、ベルト状像担持体の周長が前記一のローラの周長の整数倍となっているため、次のような作用効果が得られる。すなわち、従来より周知のように、ベルト状像担持体により反射される光の光量は、ベルト状像担持体上に形成されたトナー像のみならず、ベルト状像担持体の表面状態による影響を受けることが知られている。そこで、この影響を排除するにはベルト状像担持体の１周分の表面状態を示す周期プロファイルを予め求めておき、上記偏心成分と周期プロファイルとによるサンプリング出力を補正することが考えられる。しかしながら、上記のようにベルト状像担持体の周長が一のローラの周長の整数倍となっている場合には、上記のようにして求めた偏心成分内に周期プロファイルが含まれており、この偏心成分によりサンプリング出力を補正すれば足り、少ない処理ステップで高精度なトナー量の測定を行うことができる。
【００１０】
ここで、センサを発光素子と受光素子とで構成し、その発光素子からの光を巻き掛け領域に照射するとともに、この巻き掛け領域で反射された光を受光素子で受光してセンサ出力を得るように構成するのが好ましい。というのも、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からである。
【００１１】
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、センサを前記一の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、かつ前記一の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。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明にかかる画像形成装置の一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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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）。
【００１８】
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。
【００１９】
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「一のローラ」となっている。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
入力オフセット電圧６５１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。
【００２５】
これに対し、本実施形態の如く、入力オフセット電圧６５１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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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の偏心成分が求められ、メモリ１２に記憶されている。以下、偏心成分の導出手順と、実際のトナー量測定手順とに分けて説明する。
【００３０】
図６は、実際のトナー量の測定に先立って行われる偏心成分の導出手順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６５１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。
【００３１】
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。
【００３２】
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）。
【００３３】
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の比をサンプリングデータとして求める（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。
【００３４】
より具体的には、次のようにしてサンプリングデータを求めている。この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の周長の整数倍となっており、センサ対向ローラ４３が５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３０００ｍｓ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（図７,図８）。なお、この実施形態では、ローラ４３が５周するごとに中間転写ベルト４１が１周し、その間に３００個のサンプリングデータＤ(X)が得られるのであるが、後述するようにローラ４３の偏心成分を少ないメモリ容量で、しかも短時間に求めるため、ローラ４３が６周する間に得られる３６０個のサンプリングデータＤ(0)〜Ｄ(359)をサンプリングし、メモリ１２に記憶している。
【００３５】
次のステップＳ６では、サンプリングデータＤ(0)，Ｄ(1)，…Ｄ(359)に基づきローラの偏心成分を求め、メモリ１２に記憶する。その詳細について、図７および図８を参照しつつ説明する。この実施形態では、ローラ４３が５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（＝３００÷５）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と、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。
【００３６】
そこで、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３０１個の区間、つまり区間Ｄ(0)〜Ｄ(59)、区間Ｄ(1)〜Ｄ(60)、…、区間Ｄ(300)〜Ｄ(359)を規定し、各区間の中心位置Ｘ（Ｘ＝３０，３１，…，３３０）でのローラ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(330)＝（Ｄ(300)＋…＋Ｄ(330)＋…＋Ｄ(359)）／６０
を求める。上式では、例えばサンプリング位置「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。
【００３７】
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)
（ただし、Ｘ＝３０，３１，…，３２９である。）
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。
【００３８】
なお、この実施形態では、上記したように中間転写ベルト４１が１周するために必要なローラ４３の回転数ｎ（ｎ＝５）より１回転余分にローラ４３を回転させて３６０個のサンプリングデータを求め、これらのデータに基づきローラ４３の偏心成分Ｅ(X)を求めているが、変形例としてローラ４３を回転数ｎ（ｎ＝５）だけ回転させながら３００個のデータを求め、これら３００個のデータに基づきローラ４３の偏心成分Ｅ(X)を求めるようにしてもよい。ただし、この実施形態によれば、変形例に比べて有利な作用効果が得られる。それについて説明する。
【００３９】
変形例の如く中間転写ベルト４１の１周分のデータしかサンプリングしない場合には、ベルト１周分の偏心成分を算出する際に、図９に示すように、ベルト先端部近傍の計算にベルト終端部近傍のサンプリングデータを、またベルト終端部近傍の計算にベルト先端部近傍のサンプリングデータを補完しなければならない。そのため、３００個のデータがメモリ１２に記憶された後でなければ平均値ＡＶ(X)、さらには偏心成分Ｅ(X)を演算することができない。したがって、メモリ１２に３００個分のサンプリングデータを記憶するためのメモリ空間を準備しておく必要がある。
【００４０】
これに対し、本実施形態によれば、余分にローラ４３を１回転させており、データのサンプリングを開始してから６０個のデータが得られた時点で直ちに最初の平均値ＡＶ(X)を演算し、さらに偏心成分Ｅ(X)を求めることができる。しかも、偏心成分が導出されると、その先頭データは不要となる。それ以降のサンプリング位置Ｘでの偏心成分についても全く同様であり、演算上、必要となるメモリ１２に設けなければならないメモリ空間は６０個分のサンプリングデータを記憶するための空間で十分であり、メモリサイズを小さくすることができる。また、サンプリング動作と、偏心成分の演算処理とを一部並行して行うことができ、全体の処理速度を高めることができる。
【００４１】
次に、実際のトナー量の測定手順について図１０を参照しつつ説明する。この図１０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、偏心成分の導出動作におけるステップ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。
【００４２】
次のステップＳ７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Ｅ(x)による補正を行う。ここで問題となるのは、図１１に示すように、ローラ４３の偏心成分Ｅ(X)を求めるためにデータサンプリングを行った（サンプリングＡ）後、トナー量測定のためにデータサンプリング（サンプリングＢ）を開始するタイミングは常に一定というわけではないため、上記のようにして求めた偏心成分Ｅ(30)，Ｅ(31)，…Ｅ(329)と、トナー量測定のためにサンプリングしたデータＤ（0），Ｄ（1），…Ｄ(299)とを如何に整合させるかという点にある。そこで、この実施形態では、同図に示すように、別のカウント値ｘを設けることによって、かかる問題の解消を図っている。すなわち、ここでは、偏心成分を求めるためのデータサンプリングＡを完了した後、ローラ４３の回転に伴って１０ｍｓ間隔で、カウント値ｘを３０から１ずつカウントアップしていくとともに、３２９までカウントされると再度３０に戻るという循環的なカウント処理を実行する。したがって、サンプリングＢでの最初のデータＤ（0)をサンプリングした時点でのカウント値ｘ0は、３０〜３２９のうち、サンプリングＡの終了からサンプリングＢの開始までの間隔ΔＴに対応した値をとることになり、当該間隔ΔＴにかかわらず偏心成分Ｅ(x)とサンプリングデータＤ（X）とが適切に対応し、上記問題が解決される。
【００４３】
そして、サンプリングデータＤ（X）が得られるごとに、そのデータＤ（X）から対応する偏心成分Ｅ(x)を差し引く、つまり、次式
Ｄ(0)−Ｅ(x0)
Ｄ(1)−Ｅ(x1)
…
Ｄ(299)−Ｅ(x299)
にしたがって、ローラの偏心成分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Ｓ８）。
【００４４】
以上のように、この実施形態によれば、ローラの偏心成分Ｅ(x)を求め（ステップＳ６）、この偏心成分Ｅ(x)を用いて、実際にトナー量を測定するために得られたサンプリングデータＤ(X)を補正することによってローラ偏心に起因するセンサ６と中間転写ベルト４１とのセンシング距離の変動を補正している（ステップＳ７）ので、ローラ偏心の影響を抑えて測定精度の向上を図ることができる。
【００４５】
また、上記した従来装置、つまり特開平１１−２５８８７２号公報に記載された装置では、ローラから離れた位置にセンサが配置され、中間転写ベルト４１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いる。そのため、センサ６から中間転写ベルト４１までのセンシング距離がランダム、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っている。これに対し、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を防止することができる。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
また、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６５１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。
【００４９】
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、本発明の「一のローラ」たるローラ４３に対向してセンサ６を配置しているが、ローラに対向してセンサ６を配置すること自体は偏心成分Ｅ(x)によるサンプリングデータＤ(X)を補正する上での必須構成要件ではなく、「一のローラ」たるローラ４３の近傍に配置すればよい。ただし、上記した作用効果を考慮すればセンサ６をローラ４３に対向配置するのが望ましい。
【００５０】
また、ローラ４３に対向配置する代わりに、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
また、上記実施形態では、中間転写ベルト４１が１周するために必要なローラ４３の回転数ｎが「５」の場合について説明したが、回転数ｎはこれに限定されるものではなく、回転数ｎが２以上の整数である画像形成装置全般に本発明を適用することができる。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、一のローラの２回転以上に相当する距離だけベルト状像担持体を回転移動させながら、センサからの出力信号を一のローラの１回転に相当する区間だけサンプリングした時点およびそれ以降に出力信号を１つサンプリングして該サンプリング前の区間から１サンプリングずれた区間のサンプリングデータを得る毎に上記偏心成分導出処理を行うことで一のローラの偏心成分を求めておき、この偏心成分に基づきローラ偏心に起因するセンサとベルト状像担持体との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向上を図ることができる。
【００５８】
また、ベルト状像担持体を挟むように複数のローラのうちの一のローラに対向して発光素子を配置し、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するように構成することによって、センサとベルト状像担持体との距離（センシング距離）の変動を効果的に抑制することができ、トナー量の測定精度をさらに向上させることができる。
【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一の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】実際のトナー量の測定に先立って行われる偏心成分の導出手順を示すフローチャートである。
【図７】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８】偏心成分の導出手順を説明するための模式図である。
【図９】変形例における偏心成分の導出手順を説明するための模式図である。
【図１０】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１１】サンプリングデータの補正手順を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１…制御ユニット（制御手段）
６…センサ
１１…ＣＰＵ
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…ローラ（一のローラ）
６０１…発光素子
６７２ｐ，６７２ｓ，ＰＳ…受光素子
【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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【図１０】
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【図１１】
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