JPH07287444A

JPH07287444A - 画像濃度検出装置

Info

Publication number: JPH07287444A
Application number: JP8068994A
Authority: JP
Inventors: Kunihisa Yoshino; 邦久吉野; Mitsuo Motohashi; 光夫本橋; Satoshi Nishida; 聡西田; Akira Takahashi; 晃高橋
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1994-04-19
Filing date: 1994-04-19
Publication date: 1995-10-31

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で常に正確な画像濃度を検出する濃度検
出装置を提供する。【構成】濃度検出時と、発光素子の光量調整時である
濃度検出準備時とでは、画像濃度検出装置の増幅回路の
利得を変えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機やレーザビーム
プリンタ等の画像形成装置に用いられ、像担持体上に形
成されるトナー像の濃度を光学的に検出する画像濃度検
出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像形成装置の内部に設けられた
像担持体上のトナー像の反射濃度を光学的に検出する手
段としては例えば図６に示すような画像濃度検出装置が
ある。コピー前又はコピー間に例えば一定輝度のレーザ
ビームで像担持体上にテストパッチの潜像を形成し、こ
れを現像してテストパッチ像としこの反射濃度を上記画
像濃度検出装置で検知しそのデータを用いて現像剤のト
ナー濃度制御やプリント画像の最大濃度制御を行ってい
る。

【０００３】この画像濃度検出装置は、濃度検知センサ
PCとその受光素子の出力信号を増幅する回路である増幅
回路36Ａからなり、濃度検知センサPCは例えば図７に示
すようにケーシング36Ｃに穿設された２本の取り付け穴
36Ｄに取り付けられた約40°の入射角をもって照射する
赤外線発光の発光素子である発光ダイオードLED と、約
40°の反射角をもって受光する受光素子であるホトトラ
ンジスタPTと防塵ガラス36Ｇよりなっている。なお、上
記赤外線は感光体ドラム31の感光体に感度を有しない例
えば波長900〜980nmの赤外線が使用される。なお、ホト
トランジスタPTは代わりにホトダイオードを用いること
もできる。

【０００４】発光ダイオードLED は電流制御用の抵抗Ｒ
8及び半固定抵抗ＶＲ1と直列に接続され直流電源Ｖccか
ら10Ｖの電圧が印加されていて端子ＴeをＧＮＤに接続
すれば発光ダイオードLEDは点灯し、半固定抵抗ＶＲ1に
よって放射光量を調節した後固定できるようになってい
る。ホトトランジスタPTは負荷抵抗Ｒ7と直列に接続さ
れ、発光ダイオードLEDと同様直流電源から10Ｖの電源
が印加される。発光ダイオードLEDの光で照射されたト
ナー像からの反射光を受光するホトトランジスタPTの出
力電流は反射光の強さに応じて変化し、負荷抵抗Ｒ7の
両端にはホトトランジスタPTの出力電流に比例した電圧
が生じる。この電圧は演算増幅器であるＩC1を主体とす
る増幅器36ＡのＩC1 の（＋）入力端子に入力され増幅
される。その結果、出力端と（−）入力端子との間に接
続された抵抗をＲ5とし、（−）入力端子とアースとの
間に接続された抵抗をＲ6とするとき、抵抗Ｒ5の両端に
接続する出力端子Ｏa，ＧＮＤ間にはＶout＝｛１＋(Ｒ5
／Ｒ6)｝×Ｖinの電圧が出力される。ここでＶinはＩＣ
1の（＋）入力端子に加わる電圧で、この場合の増幅回
路の電圧利得（電圧ゲイン）Ｖout／Ｖinは１＋(Ｒ5／
Ｒ6)となる。Ｃ1 はサージ電圧やその他のノイズのバイ
パス用コンデンサである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の画像濃
度検出装置では、ある特定の濃度レベルで分解能を高く
するようなセンサとなっているため検知できる濃度範囲
は狭くなる。従って、検知濃度範囲外の濃度では出力が
飽和したり出力が微小になって広範囲に亙って高い分解
能で濃度検知ができないという問題点がある。

【０００６】また、濃度検知センサPCは像担持体近傍に
設置されているのでその防塵ガラス36Ｇに現像剤のトナ
ーによる汚れが発生し感度が低下し実際の濃度より高い
ほうにずれた誤信号を出力するという問題点がある。

【０００７】さらに、発光ダイオードLEDの放射光量は
図８に示すような温度特性があって温度上昇と共に低下
する。また、ホトトランジスタPTの出力電圧は温度上昇
と共に暗電流が増加するため高くなる。これにより、従
来の画像濃度検出装置の出力信号は、温度上昇と共によ
りバラツキの大きい誤った濃度値を出力するという問題
点がある。

【０００８】従って、前記防塵ガラス36Ｇの汚れの補正
や発光ダイオードLED及びホトトランジスタPTの温度特
性の補正の手段を有しない画像濃度検出装置を用い、像
担持体上に一定輝度で形成したテストパッチ像の濃度を
検出し、例えば、その検出濃度よりコピー画像の最大濃
度の制御を行うようにした画像形成装置では、前記問題
点によりテストパッチ像の検出濃度がずれるため、図９
に示すようにコピー数の増加と共にコピー画像の最大濃
度は低い方にずれることになる。図９は防塵ガラスが汚
れたため、センサーは濃度が高いと検知しているので濃
度を下げるように制御している。これは短時間に行った
実験結果で温度変化の影響が現れていないが実際の場合
にはさらに温度変化の影響があってバラツキと変化が大
きくなる。

【０００９】上記濃度検知センサの検出能力の変動を小
さくする一例として、別にホトトランジスタ等の第２の
受光素子を設けて発光素子である発光ダイオードから放
射する光を直接受光するようにしこの出力と、被検知物
からの反射光を受光する第１の受光素子の出力とを比較
して発光ダイオードの温度変化等による変動を補正する
方法が知られている。しかしこの方法では別に受光素子
を使用することが必要でありこのため装置が大きくなる
という問題点があった。

【００１０】本発明の目的は、前記問題点を解決して、
小型で常に正確な画像濃度を検出する画像濃度検出装置
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、像担持
体上に光を照射する発光素子と、その光の反射光を受光
する受光素子と、その受光素子の出力信号を増幅する増
幅回路とからなる画像濃度検出装置において、濃度検出
時と、前記発光素子の光量調整時である濃度検出準備時
とでは、前記増幅回路の利得を変えることを特徴とする
画像濃度検出装置によって達成される。

【００１２】また、前記濃度検出時の増幅利得は高く、
前記濃度検出準備時の増幅利得は低くすることを特徴と
する前記画像濃度検出装置は好ましい実施態様である。

【００１３】

【実施例】本発明の構成とその作用を図面に基づいて説
明する。

【００１４】図２は本発明の画像濃度検出装置を備えた
画像形成装置の一実施例を示す概略構成図、図３は図２
の装置の制御系を示すブロック図である。

【００１５】先ず、この画像形成装置の通常のコピー動
作について説明する。この画像形成装置は、画像読取り
ユニット10、書き込みユニット20、画像形成部30、給紙
部40及び原稿載置部50等より構成される。

【００１６】画像形成装置上部には、透明なガラス板な
どからなる原稿台51と、さらに原稿台51上に載置した原
稿Ｄを覆う原稿カバー52等からなる原稿載置部50があ
り、原稿台51の下方であって、装置本体内には第１ミラ
ーユニット12、第２ミラーユニット13、撮像レンズ14、
ＣＣＤアレイなどの撮像素子15等からなる画像読取りユ
ニット10が設けられている。

【００１７】原稿台51上の原稿Ｄの画像は、画像読取り
ユニット10の照明ランプ12Ａと第１ミラー12Ｂを備える
第１ミラーユニット12の実線から破線にて示す位置への
平行移動と、第２ミラー13Ａ及び第３ミラー13Ｂを対向
して一体的に備える第２ミラーユニット13の前記第１ミ
ラーユニット12に対する1/2の速度の追随移動とにより
全面を照明走査され、その画像は撮像レンズ14により第
１ミラー12Ｂ、第２ミラー13Ａ、第３ミラー13Ｂを経て
撮像素子15上へ結像されるようになっている。走査が終
わると第１ミラーユニット12及び第２ミラーユニット13
は元の位置に戻り、次の画像形成まで待機する。

【００１８】前記撮像素子15によって光電変換されて得
られた画像データは、画像信号処理部60によってＭＴＦ
補正やγ補正等の処理がなされ、画像信号としてメモリ
に一旦格納される。次いで前記の画像信号がＣＰＵ90の
制御によって書込みユニット20に入力される。

【００１９】画像形成部30は、ＣＰＵ90の制御によって
前記メモリからの画像信号が、駆動モータ21、ポリゴン
ミラー22、ｆθレンズ23、ミラー24,25,26及び図示しな
い半導体レーザ、補正レンズ等からなる書込みユニット
20に入力されると画像記録動作を開始する。すなわち、
像担持体である感光体ドラム31は矢示のように時計方向
に回転し、帯電前露光を行って除電する除電器38によっ
て除電された後、帯電器32により電荷を与えられている
ので、書込みユニット20によるレーザビームＬによって
感光体ドラム31上には原稿Ｄの像に対応した静電潜像が
形成される。その後、感光体ドラム31上の前記静電的な
潜像は、現像器33の直流成分に交流成分を重畳したバイ
アス電圧を印加した現像剤担持体である現像スリーブ33
Ａ上に担持する現像剤によって反転現像が行われ可視の
トナー像となる。

【００２０】一方、給紙部40に装填された給紙カセット
41Ａ又は41Ｂからは指定のサイズの転写紙Ｐを１枚ずつ
搬出ローラ42Ａによって搬出し、搬出ローラ43及びガイ
ド部材42介して画像の転写部に向かって給紙する。給紙
された転写紙Ｐは、感光体ドラム31上のトナー像と同期
して作動するレジストローラ44によって感光体ドラム31
上に送出される。この転写紙Ｐには、転写器34の作用に
より、感光体ドラム31上のトナー像が転写され、分離器
35の除電作用によって感光体ドラム31上から分離された
のち、搬送ベルト45を経て定着器37へ送られ、加熱ロー
ラ37Ａ及び加圧ローラ37Ｂによって溶融定着された後、
排紙ローラ37Ｄ,46により装置外のトレイ54へ排出され
る。53は手差し用の給紙台である。

【００２１】前記感光体ドラム31はさらに回転を続け、
その表面に転写されずに残留したトナーは、クリーニン
グ装置39において圧接するクリーニングブレード39Ａに
より除去清掃さたのち、再び除電器38によって除電され
た後帯電器32により一様に電荷の付与を受けて、次回の
画像形成のプロセスに入る。

【００２２】以上説明した画像形成装置では感光体ドラ
ム31は負帯電がなされるＯＰＣ感光体を塗布したドラム
で、感光体ドラム10の回転軸には図示しないエンコーダ
が設けてある。このエンコーダからの位相信号はＣＰＵ
90に送出され画像位置を正確に知る必要のあるプロセス
制御に利用される。

【００２３】なお、現像器33の撹拌スクリュー33Ｃの底
部に設けられた透磁率センサTSは現像剤のトナー濃度が
変化すると透磁率が変化することを利用して現像器33内
の現像剤のトナー濃度を監視し、ＣＰＵ90に現像剤のト
ナー濃度情報を送出するセンサである。ＣＰＵ90は透磁
率センサTSの情報によりトナー濃度が一定値以下に減少
するとトナー補給の指示をトナー補給ユニット33Ｔに送
出してトナー補給を行うので、現像剤のトナー濃度を常
に一定に維持することができる。

【００２４】現像剤にはポリエステル系で重量平均粒径
8.5μmのトナーと、フェライトに樹脂コーティングを施
した重量平均粒径60μmキャリアからなる２成分現像剤
でトナー濃度６％のものが用いられる。

【００２５】クリーニング装置39の上流側に設けたPCは
後述する画像濃度検出装置の濃度検知センサで図７に示
したものと同一である。

【００２６】図１は以上の画像形成装置に用いられる本
発明の画像濃度検出装置の回路図である。図７と同一部
分は同一符号で表し、同一部分についてはその詳細な説
明は省略する。発光ダイオードLEDの陽極端子には最大
出力10Ｖの可変直流電源Ｖｅが接続され発光ダイオード
LED の放射光量を変化させることができる。また、増幅
器36Ａの出力端子と（−）入力端子との間に接続される
抵抗はスイッチＳ1，Ｓ2によってＲ5（560KΩ）とＲ9
（220kΩ）とに切り替えて増幅利得を切り替えられるよ
うになっている。増幅回路36ＡのスイッチＳ1をON とし
Ｓ2をOFFとすると増幅利得は高い倍率（この場合の倍率
は｛１＋(Ｒ5／Ｒ6)｝＝１＋(560／36）＝16.6）にな
り、スイッチＳ1をOFF、Ｓ2をONとすると増幅回路36Ａ
の増幅利得は低い倍率(この場合の倍率は｛１＋(Ｒ9／
Ｒ6)｝＝１＋(220／36）＝7.1)に切り替えられるように
なっている。これにより高い倍率にして反射濃度の高い
（濃度1.3〜1.5で反射光の微小な）レベルで分解能を高
くし、低い倍率ではトナーの付着しない感光体ドラム31
表面などの反射濃度の低いレベルで分解能を高くするこ
とができる。

【００２７】上記反射濃度とは、被検物への投射光量を
Ｉ₀とし、被検物からの反射光量をＩとするとき、Ｄ＝
−ｌｏｇＩ／Ｉ₀の式によって表されるＤのことであ
る。以下反射濃度を単に濃度という。

【００２８】次に、以上の画像形成装置におけるコピー
画像の最大濃度が常に一定に維持されるようにするため
の現像スリーブ33Ａの回転数（線速）の固定について、
図１〜図３に基づき説明する。

【００２９】感光体ドラム31上の静電潜像を回転式の現
像器で現像する場合、トナー付着量は現像剤担持体であ
る現像スリーブ33Ａの回転数を加減することによって変
化する。現像スリーブ33Ａの回転数を大きくするとトナ
ー付着量は多くなり、回転数が小さいと付着量は少なく
なる。従って、コピー画像の最大濃度は現像スリーブ33
Ａの回転数が大きいほど大きくなる。現像剤のトナー濃
度（現像剤のキャリアとトナーの混合比）制御による場
合は最大濃度を大きくしようとするとトナー過剰により
コピー画像のカブリや感光体ドラム31周辺の機器のトナ
ー汚れを発生させる欠点があるが、現像スリーブ33Ａの
回転数による場合はカブリやトナー汚れを発生させない
で画像形成部30のコピー性能変化をも補正できるという
点とトナー濃度制御にくらべすぐに付着量を変化させら
れるという点で大きな２つの利点がある。

【００３０】この方法は、先ず前記画像形成装置の出荷
時、濃度検知センサPCに汚れや疲労のない状態で、標準
電圧で発光ダイオードLEDを発光させ、利得の低い状態
（Ｓ1をOFF、Ｓ2をON）で感光体ドラム31上にトナーの
付着しない状態の濃度を検知しこの時の値を初期データ
としてメモリ91に記憶させておく。

【００３１】次に、50回コピーが行われる毎に、増幅回
路36Ａの利得を低くして感光体ドラム31上にトナーの付
着しない状態の濃度を検知する。このデータは先に記憶
した前記初期データと比較回路92において比較される。
検出データが前記初期データより暗い（例えば防塵ガラ
スなどが汚れている）場合にはＣＰＵ90は可変直流電源
Ｖｅの出力電圧を高くなるよう制御し発光ダイオードLE
Dの放射光量を増加する。光量を増加した状態で再びト
ナーの付着しない状態の感光体ドラム31表面の濃度を検
知し前記初期データと比較する。検出データが初期デー
タより明るい場合はＣＰＵ90は可変直流電源Ｖｅを制御
して出力電圧を低くし発光ダイオードLEDの放射光量を
下げる。これを繰り返して検出データが前記初期データ
との差が許容範囲内に入った時の電圧に可変直流電源Ｖ
eの出力電圧を固定する。この後ＣＰＵ90は増幅回路36
Ａの増幅利得を高い状態（Ｓ1をON、Ｓ2をOFF）にして
テストパッチ像の濃度検出を行う。

【００３２】テストパッチ像の濃度検出は、画像形成終
了に続いて、感光体ドラム31上にトナーがない状態でＣ
ＰＵ90の制御により、前記通常の画像形成と同様に感光
体ドラム31は帯電され、書込みユニット20には画像信号
処理部60からテストパッチ像用のテストパターン信号が
送出されることにより感光体ドラム31上には図４に示す
ようなほぼ30mm×20mmの複数のテストパッチの潜像が２
〜５mmおきに書込まれる。このときの露光レベルは一定
で例えばレーザのパルス幅変調（ＰＷＭ）で８ビットの
ディジタル信号の場合はベタ黒に相当するレベル255で
行われる。ＣＰＵ90は前記エンコーダからの位相信号に
よって感光体ドラム31の位相を検知した後に上記潜像と
同期した位置で現像器33を駆動し反転現像する。この現
像時の現像器33の現像スリーブ33Ａの回転数は現像スリ
ーブ33Ａを駆動する現像駆動部33ＭのＣＰＵ90の制御に
より、それぞれ一例として図４に示すようにテストパッ
チ潜像毎に変えられて現像・顕像化されテストパッチ像
ｐ1,ｐ2‥‥ｐnとなる。このテストパッチ像ｐ1,ｐ2‥
‥ｐnは退避した転写器34及び分離器35の下を通りクリ
ーニング装置39の上流側に設けられた濃度検知センサPC
によってその濃度が検出され増幅回路36Ａによって増幅
された後パッチ濃度データとしてＣＰＵ90に順次送出さ
れる。

【００３３】ＣＰＵ90は上記パッチ濃度データのうち予
め設定した規定濃度範囲に入った時の現像スリーブ33Ａ
の回転数（線速）を検出し、この回転数を内蔵したＲＡ
Ｍに記憶する。以後の画像形成時にはこの回転数（線
速）を用いるよう現像駆動部33Ｍに指定信号を送出して
現像スリーブ33Ａの回転数（線速）の固定を行う。前記
のようにこの現像スリーブ33Ａの回転数固定は50コピー
毎に行うようにしたので１コピー動作毎に実行するもの
に比べコピー生産性を格段に向上させることができる。
この制御はコピー生産性との関係、画像濃度の推移で50
コピー毎に限られるものではない。

【００３４】なお、テストパッチ像ｐ1,ｐ2‥‥ｐnは、
コピー特性を直接得たいので感光体ドラム31の画像領域
に形成したが、これに限定されるものではなく、非画像
領域に形成してもよい。

【００３５】上記のように50コピー毎に増幅回路36Ａの
増幅利得を低くして低濃度時の分解能を上げて発光ダイ
オードLEDの放射光量を調整したのち、増幅回路36Ａの
増幅利得を高くして高濃度時の分解能を上げてテストパ
ッチ像の濃度を検出し、そのデータにより現像スリーブ
33Ａの回転数（線速）を適正値に固定した場合のコピー
画像の最大濃度を50,000コピーに亙り測定した結果、図
５に示すように殆ど変化のない極めて安定した高い濃度
が維持される結果を得た。

【００３６】以上の実施例は画像読取りユニットを有す
る画像形成装置を例に説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、画像読取りユニットを有しない電
子写真式のプリンタ、静電記録方式の画像形成装置等に
使用される画像濃度検出装置にも適用されることはいう
までもない。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、画像濃
度検出装置の濃度検出時と、発光素子の光量調整時であ
る濃度検出準備時とでは、その増幅回路の利得を変える
ようにしたので、被検出物の濃度の高低に合わせて常に
分解能を高く維持することができる。しかも、別に光量
調整用の受光素子を備える必要もない。これにより装置
を大型化することなく、濃度検知センサの防塵ガラスの
汚れ、発光素子である発光ダイオードの劣化による光量
低下や温度特性による変動を補正して、正確に濃度を検
出することのできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像濃度検出装置の構成を示す回路図
である。

【図２】本発明の画像濃度検出装置を備えた画像形成装
置の一実施例を示す概略構成図である。

【図３】図２の画像形成装置の制御系の一例を示すブロ
ック図である。

【図４】本発明の像担持体上のテストパッチ像を示す展
開図である。

【図５】本発明の画像濃度検出装置を用いた画像濃度形
成装置のコピー画像の最大濃度の推移を示すグラフであ
る。

【図６】従来の画像濃度検出装置の構成を示す回路図で
ある。

【図７】従来及び本実施例の濃度検知センサの構成を示
す断面図である。

【図８】発光ダイオードの放射光量の温度特性を示すグ
ラフである。

【図９】従来の画像濃度検出装置を用いた画像濃度形成
装置のコピー画像の最大濃度の推移を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

20 書込みユニット 30 画像形成部 31 感光体ドラム（像担持体） 32 帯電器 33 現像器 33Ａ現像スリーブ(現像剤担持体) 34 転写器 35 分離器 36Ａ増幅回路 37 定着器 39 クリーニング装置 40 給紙部 50 原稿載置部 90 ＣＰＵ 91 メモリ 92 比較回路ＩC1 演算増幅器Ｐ転写紙 PC 濃度検知センサ TS 透磁率センサＶe 可変直流電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋晃東京都八王子市石川町2970番地コニカ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】像担持体上に光を照射する発光素子と、
その光の反射光を受光する受光素子と、その受光素子の
出力信号を増幅する増幅回路とからなる画像濃度検出装
置において、濃度検出時と、前記発光素子の光量調整時である濃度検
出準備時とでは、前記増幅回路の利得を変えることを特
徴とする画像濃度検出装置。
【請求項２】前記濃度検出時の増幅利得は高く、前記
濃度検出準備時の増幅利得は低くすることを特徴とする
請求項１の画像濃度検出装置。