JPH08219990A

JPH08219990A - 画像形成装置における反射型光センサ

Info

Publication number: JPH08219990A
Application number: JP4355995A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Furuichi; 泰古市
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1995-02-08
Filing date: 1995-02-08
Publication date: 1996-08-30

Abstract

(57)【要約】【目的】感光体及びトナー像に照射して反射した光の
乱反射成分を少なくして高付着量部からの反射光を抑え
検出精度を向上させたカラートナー用反射型光センサを
提供する。【構成】発光素子からの光を、像担持体に形成された
基準トナー像に当て、その部分での反射光または透過光
を受光素子に入射せしめ、上記受光素子からの、入射光
量に応じた出力によって上記トナー像の濃度を検知する
画像形成装置における反射型光センサであって、上記反
射光の内特定の偏波面の成分を上記受光素子へ供給する
ための偏光フィルタを具備した構成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、感光体上に基準の潜像
を形成し、その潜像をカラートナーによって現像し、そ
の基準トナー像を転写するカラー画像形成装置におい
て、発光素子からの光を、上記感光体に形成された基準
トナー像に当て、その部分での反射光または透過光を受
光素子に入射せしめ、上記受光素子からの、入射光量に
応じた出力によって上記トナー像の濃度を検知するカラ
ートナー濃度検出用反射型光センサに関し、特に、上記
反射光の内特定の偏波面を検出することにより検出精度
を向上させることができる反射型光センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、感光体に形成された静電潜像
を、トナーとキャリアを有する二成分系現像剤を用いて
トナー像化する画像形成装置、例えば電子複写機、プリ
ンタ或いはファクシミリ等においては、環境や使用状況
の変化により現像剤中のキャリアに対するトナーの比率
が低下すると、トナー像の濃度が低下し、その画質が劣
化することがあった。そのため、感光体、例えば上記感
光体に基準トナー像を形成し、その濃度を濃度センサに
よって検知し、基準トナー像の濃度低下が検出されたと
き、現像剤中にトナーを補給する様にしていた。

【０００３】この様な濃度センサとしては、発光素子か
らの光を、感光体に形成された基準トナー像に当て、そ
の部分での反射光または透過光を受光素子に入射せし
め、上記受光素子からの、入射光量に応じた出力によっ
て上記トナー像の濃度を検知する反射型光センサが知ら
れている。そして、この反射型光センサにおいては、１
対の発光ダイオードとフォトセンサを反射型にして基準
トナー像からの反射光をフォトセンサで受光し、その出
力を基準出力と比較して例えば、出力が高い場合はトナ
ー量が少ない、又、低い場合はトナー量が多いとしてト
ナー付着量を判定していた。かかる反射型光センサによ
って、黒色のトナーより成る基準トナー像の濃度を検知
するときは特に問題ない。ところが、カラートナーを用
いたときは、基準トナー像を構成するカラートナーに発
光素子からの光が当たったとき、その多くが乱反射する
ため、これに基因して図３のＢに示す様に上記反射型光
センサの感度が低下したり図３のＣ１、Ｃ２、Ｃ３に示
す様に、センサの出力がばらついたりして、正確に濃度
検知を行うことが困難となる問題があった。

【０００４】このため、特開平５−２８８６７７号に示
すごとく感光体とトナーの分光反射率の違いを利用して
波長分解素子を用いて出力比を求めることで広いダイナ
ミックレンジを達成した光センサもみられるが、この光
センサでもカラートナーにおいては高付着量トナー部で
の反射光増大により出力がアップして検知精度が悪くな
る問題があった。すなわち、このタイプの光センサは、
カラートナー量を測定するためのセンサではないので反
射成分をもつカラートナーの特性を吸収できるものでは
なかった。

【０００５】一方、カラートナーに適するものとしてト
ナーの分光分布特性を利用して反射光の少ない波長域の
光量のみ測定するような可視光センサもあるが、これ
は、トナーに合わせた受・発光素子が必要となり、特に
発光素子は可視発光素子となるため、出力の安定性がな
い、寿命が短いという欠点があり、センサとしても大型
化・コストアップとなり画像形成装置に搭載出来るセン
サとは言えないものであった。この点で優れているセン
サとして特開平３−４５９７２号に記載のものがある。
しかし、このセンサにおいても図３のＣに示すごとく高
付着部において受光出力がアップし、精度の高い検出が
達成されていない問題点があった。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、上述の如き従来の問題点を解
決するためになされたもので、その目的は、感光体及び
トナー像に照射して反射した光の乱反射成分を少なくし
て高付着量部からの反射光を抑え検出精度を向上させた
カラートナー用反射型光センサを提供することである。

【０００７】

【発明の構成】上記目的を達成するため、請求項１に記
載の発明は、発光素子からの光を、像担持体に形成され
た基準トナー像に当て、その部分での反射光または透過
光を受光素子に入射せしめ、上記受光素子からの、入射
光量に応じた出力によって前記トナー像の濃度を検知す
る画像形成装置における反射型光センサにおいて、上記
反射光の内特定の偏波面の成分を上記受光素子へ供給す
るための手段を具備したことを特徴とする。また、請求
項２に記載の発明は、上記偏波面成分供給手段が、上記
受光素子および発光素子の両方または、いづれか一方に
上記像担持体面と略水平方向の光（Ｐ波）のみ通過する
ように設けられた偏光フィルタから成ることを特徴とす
る。また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の
反射型光センサにおいて上記受光素子と発光素子との受
・発光間角度を略３５度以下とし、上記像担持体とのな
す角度を略６０度以上の特定な角度の光のみ受光また
は、発光するようにしたことを特徴とする。また、請求
項４に記載の発明は、請求項３に記載の反射型光センサ
において上記受光素子および受光素子の少なくとも一方
にコリメート型レンズを設け、特定な角度の光のみ受光
または、発光するようにしたことを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、偏波面成分供給手段として
偏光フィルタを用いることで正反射光と乱反射光を分け
ることが出来、トナー付着量が増しても受光出力がアッ
プしないので精度の良い検出が可能となる。また、受・
発光間角度を３５度以下、特に２５度〜３５度内に定め
ることで目的に応じたトナー付着量及び受光出力の感度
が得られる。また、偏光フィルタとレンズの相乗効果で
より精度の高い検知が可能となる。また、発光および受
光素子にレンズを取りつけることで少ない光エネルギー
で検出可能センサとなるが、そのレンズをコリメート化
することにより絞り効果で乱反射成分が少なくなり偏光
フィルタとの相乗効果で広いダイナミックレンジが得ら
れる。また、絞り用の筒を必要としないのでセンサの高
さを低く出来るためコンパクトなセンサとなり画像形成
装置内に搭載する時の自由度が増す。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。まず、本発明を実施した反射型光センサの配設
される画像形成装置（複写機）の概要について説明す
る。図１は、画像形成装置の一例であるカラー電子複写
機の一部を示す概略構成図である。図１において、潜像
担持体の一例であるドラム状の感光体１は、図における
時計方向に回転駆動され、帯電チャージャ２によってそ
の表面を均一に帯電される。感光体１の上方には透明な
原稿台３が位置し、その上に載置された原稿４に、右方
に移動する光源５からの光が照射され、その反射光が光
源５と共に移動する第１ミラー６、光源５と同じ方向に
移動する第２及び第３ミラー７、８で反射され、投影レ
ンズ９を通った後、固定配置された第４ミラー１０で反
射する。次いで、一様に帯電された感光体１の表面に至
り、ここに原稿画像を結像投影する。これによって感光
体表面に静電潜像が形成され、この潜像は、現像装置１
１（ここでは多色の現像装置の１つのみを示す）を通る
とき、その現像ローラ１２に担持された二成分系現像剤
１５中のトナーによってトナー像化される。このトナー
像は転写チャージャ１３によって転写紙１４に転写され
る。

【００１０】上述の如き複写動作が行われるうちに、現
像剤１５中のキャリアに対するトナーの比率が低下し、
これを放置すれば、トナー像の濃度が低下して画質が劣
化する。そこで、原稿台３に隣接した位置に、例えば濃
度１．８の所定の光反射率を有する基準パターン１６を
配設し、このパターン１６に光源５からの光を当て、そ
の反射光を光学系６、７、８、９、１０を通して感光体
１に照射し、所定の表面電位を有する基準潜像を形成す
る。そして、この潜像を現像装置１１によってトナー像
化して基準トナー像を得、その濃度を本発明を実施した
反射型光センサ１７によって検知している。基準トナー
像の濃度が所定の値よりも低下していることが検出され
ると、トナー容器１８から現像装置１１の現像剤中にト
ナーが補給され、トナー像の濃度低下が防止される。こ
のような検知動作は、通常の複写動作を行う毎に行って
もよいし、何回かの複写動作毎に実行するようにしても
よい。

【００１１】次に、本発明の要旨である上記反射型光セ
ンサ１７について説明する。図２は本発明を実施した反
射型光センサ１７の一例を示す拡大概略図であり、この
センサ１７は発光素子１９と受光素子２０を有し、発光
素子１９は、例えば発光ダイオードより成る発光エレメ
ント２１と、これを固定する透明樹脂２２と、この樹脂
の一部で構成されたレンズ２３とを有している。また受
光素子２０も同様に例えばホトトランジスタより成る受
光エレメント２４と、これを固定する透明樹脂２５と、
その一部により構成されたレンズ２６とを有している。
また、発光素子１９および受光素子２０と基準トナー像
２７との間には、それぞれ偏光フィルタ２８、２９が配
設されている。

【００１２】上記発光素子１９の発光エレメント２１か
らの光は、レンズ２３および偏光フィルタ２８を通して
出射し、上記感光体１に形成された基準トナー像２７を
照射する。このトナー像の部分で反射した光は偏光フィ
ルタ２９およびレンズ２６を通して受光エレメント２４
に入射し、その受光量に応じた検知信号が出力され、こ
れがＣＰＵ３０（図１）に入力されて現像剤１５中のト
ナー濃度が判断される。上記図２に示した反射型光セン
サ１７を別の視点から見ると図４及び図５に示す様にな
る。

【００１３】ここで、カラートナーの場合トナーからの
反射光は乱反射光となり、この成分を受光しているので
図３のＡに示す様な黒トナーの場合の推移がえられなか
った訳だから、乱反射光を受光しない受光素子、すなわ
ち正反射光のみを受光できる様にすればトナー量が増え
るに従って上記感光体１からの正反射光が減り、受光出
力は、徐々に低下していく様になる。更に、付着量が増
すにつれ感光体面がトナーで覆われ正反射光が極めて減
少し、その後は一定の受光出力となる。

【００１４】また、光の放射は、多くの偏波面成分を含
んでいるが、物体に照射し反射する時、照射角度や物体
の性質により偏波面がくずれる。例えば、照射物体と並
行な面成分をＰ波とし、垂直な面をＳ波とすると、Ｐ・
Ｓ波同等の光で照射すると反射光はＳ波が弱められＰ波
が支配的となる。この度合は角度や物体により違ってく
るが、乱反射光の場合は正反射光より差異がみられずＰ
・Ｓ波は同程度と言える。この原理を上記感光体と付着
したカラートナーとについて調べると、感光体からの反
射光は、正反射が支配的で受・発光間角度θ₁ や照射角
度θ₂ によりＰ・Ｓ波の度合を選択出来ることが解っ
た。そして、トナーからの反射光については、Ｐ・Ｓ波
同じようで角度によってもあまり差がないことが解っ
た。

【００１５】そこで、この反射型光センサの実施例で
は、図２に示す様に、発光側１９として９４０ｎｍのＬ
ＥＤにコリメートレンズ２３を平行束になるよう配置
し、受光側２０として、フォトＴＲで同様にコリメート
レンズ２６を配置し、受・発光間角度θ₁ は、θ₁ ≒３
０度とし、正反射となるように配置している。また、照
射角度θ₂ はθ₂ ≒７５度としている。また感光体１と
のギャップは受・発光が交差する点として５ｍｍとし、
偏光フィルタ２８、２９は、光路と直角に配置し特定の
偏波面であるＰ波成分が通過するよう受・発光素子２
０、１９に設けている。

【００１６】図２に示す反射型光センサにおいて、カラ
ートナー付着量と受光出力との相関をみると図３のＤに
示すごとく推移し、付着量０（感光体面）の時、受光素
子２０に流れる電流を受光素子２０と直列に接続した抵
抗の両端電圧換算で４．０ＶにＳＥＴした場合、受光出
力は、付着量が増えても約０．７５ｍｇ／ｃｍ² までは
徐々に減少して約０．６Ｖとなる。その後、付着量を増
やしても出力がアップすることは無く、付着量１．１ｍ
ｇ／ｃｍ² でも約０．６Ｖであった。

【００１７】次に、上記角度θ₁ および偏光フィルタ２
８、２９を変えて受光出力の推移を比較すると以下の様
になった。受・発光間角度θ₁ を広くすると、飽和出力
電圧が下がり約５０度では、０．６Ｖ→０．４５Ｖとな
り、狭くすると逆に上がる傾向にある。また、この時の
トナー付着量はθ₁ を広くすると少ない付着量で出力が
飽和傾向にあり、θ₁ を狭くするとトナー付着量は多く
なる。θ₁ ＝２５度で約０．６５Ｖ（約０．８ｍｇ／ｃ
ｍ² ）、θ₁ ＝２０度で約０．７Ｖ（約０．８５ｍｇ／
ｃｍ² ）となる。ここで、、θ₁ を狭くすることも良い
が素子サイズや光路交差点を得る感光体間ギャップの関
係から、θ₁ ＝２５〜３５度位が最もバランスのとれた
センサとなる。

【００１８】また、出力電圧が飽和する時の付着量の違
いは、感光体１に照射する照射角度θ₂ に依存している
ことが解る。照射角度θ₂ を７５度に固定してθ₁ を変
えるとθ₁ ＝３０度を中心に付着量は、少なくなる。照
射角度θ₂ を６５度に固定してθ₁ を変えるとθ₁ ＝５
０度を中心に付着量は少なくなるが、θ₂ ＝７５度の時
より飽和出力になる付着量は０．７５→０．６０ｍｇ／
ｃｍ² と少なくなってしまう。

【００１９】上記照射角度θ₂ は次に述べる様に偏光フ
ィルタ２８、２９と深い関係がある。すなわち、発光素
子１９側の偏光フィルタ２８を照射角度θ₂ ＝７５度の
時に取り外すと飽和出力は、０．６Ｖ→０．８Ｖと上が
るが、照射角度をθ₂ ＝６５度にして偏光フィルタ２８
を取り外しても飽和出力は、０．４５Ｖで殆ど変化して
いない。従って、受光素子２０側の偏光フィルタ２９は
必須だが発光素子１９側の偏光フィルタ２８について
は、目的とコストやセンサ形状等実施態様によりその必
要性が決定される。以上から、上記θ₂ は６０度以上が
望まれる。

【００２０】

【発明の効果】この様に、この実施例によれば、偏光フ
ィルタを用いることで正反射光と乱反射光を分けること
が出来、トナー付着量が増しても受光出力がアップしな
いので精度の良い検出が可能となる。また、受・発光間
角度θ₁ を２５度〜３５度内に定めることで目的に応じ
たトナー付着量及び受光出力の感度が得られる。また、
偏光フィルタとレンズの相乗効果でより精度の高い検知
が可能となる。また、発光および受光素子にレンズを取
りつけることで少ない光エネルギーで検出可能センサと
なるが、そのレンズをコリメート化すると絞り効果で乱
反射成分が少なくなるため偏光フィルタとの相乗効果で
広いダイナミックレンジが得られる。また、絞り用の筒
を必要としないのでセンサの高さを低く出来るためコン
パクトなセンサとなり画像形成装置内に搭載する時の自
由度が増す。

【図面の簡単な説明】

【図１】画像形成装置の一例であるカラー電子複写機の
一部を示す概略構成図である。

【図２】本発明を実施した反射型光センサの概略構成図
である。

【図３】感光体上のトナー付着量の変化に対する受光素
子出力の変化を示すグラフ図である。

【図４】図２に示す反射型光センサの概略斜視図であ
る。

【図５】図２に示す反射型光センサの概略斜視図であ
る。

【符号の説明】

１…感光体、１７…反射
型光センサ、１９…発光素子、
２０…受光素子、２１…発光エレメント、
２２、２５…透明樹脂、２３、２６…コリメー
トレンズ、２４…受光エレメント、２７…基
準トナー像、２８、２９…偏光フ
ィルタ、θ₁ …受・発光間角度、 θ
₂ …照射角度、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光素子からの光を像担持体に形成され
た基準トナー像に照射し、基準トナー像部分での反射光
または透過光を受光素子に入射せしめ、上記受光素子か
らの入射光量に応じた出力によって上記トナー像の濃度
を検知する画像形成装置における反射型光センサであっ
て、上記反射光の内特定の偏波面の成分を上記受光素子
へ供給するための手段を備えたことを特徴とする画像形
成装置における反射型光センサ。
【請求項２】上記偏波面成分供給手段が、上記受光素
子および発光素子の両方または、いづれか一方に上記像
担持体面と略水平方向の光（Ｐ波）のみ通過するように
設けられた偏光フィルタから成ることを特徴とする請求
項１記載の画像形成装置における反射型光センサ。
【請求項３】上記受光素子と発光素子との受・発光間
角度を略３５度以下とし、上記像担持体とのなす角度を
略６０度以上の特定な角度の光のみを受光または、発光
するようにしたことを特徴とする請求項１記載の画像形
成装置における反射型光センサ。
【請求項４】上記受光素子および受光素子の少なくと
も一方にコリメート型レンズを設け、特定な角度の光の
みを受光または、発光するようにしたことを特徴とする
請求項３記載の画像形成装置における反射型光センサ。