JPH0882599A - 画像形成装置及びこれに用いるトナー濃度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 像担持体上に付着したカラートナーの量を光
学的に高い精度で検出することができる、特に、トナー
が像担持体表面を完全被覆するような高付着領域で高精
度に検出できること。 【構成】 像担持体１上に形成されたトナーパターン像
に発光素子２の光を照射し、その反射光を受光素子３で
検出した結果によって作像条件を制御するトナー濃度検
出装置であって、発光素子２と受光素子３は、共に指向
特性を有し、且つ、発光素子２と受光素子３の光軸が交
わる点Ｐが、像担持体１の表面上近傍にあり、この点Ｐ
における法線ｈに対して前記光軸を含む光軸平面Ｓ１を
所定の条件の下に角ψだけ傾斜させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、カラー複写機で代表
される画像形成装置、及びこれに用いられ、発光素子と
受光素子によって像担持体上のトナー濃度を検出し、そ
れに応じて作像条件を制御するトナー濃度検出装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、トナーを含む現像剤を用いて像
担持体たる感光体の表面に形成された静電潜像を現像す
る複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、静電
潜像の現像に伴って現像器内に収容されている現像剤中
に含まれているトナーが消費されるため、複写画像の濃
度を常時一定に保つには、現像剤の消費量に応じて新た
なトナーが補給されなければならない。そのため、従
来、現像剤中のトナー濃度と現像濃度(感光体へのトナ
ー付着量）とが一定の比例関係にあることに着目して、
複写すべき原稿を載せるための原稿台ガラスの近傍に設
けた一定の濃度を有する基準チャートを、感光体上に露
光、現像してトナー濃度検出用の基準パターン像を形成
し、その濃度を光学的に検出して、検出値に応じてトナ
ーの補給量を制御するようにしている。具体的には、基
準パターン像の所定の９設定値の濃度と、トナー補給制
御のために検出された基準パターン像の濃度とを比較
し、後者の方が高ければトナー補給を止めるか補給量を
減少させ、低ければトナー補給の再開あるいは補給量を
増加させる。

【０００３】一方、近年においては、赤、青等のモノカ
ラーの複写器の開発が進められ、この種の複写機では、
黒トナーの現像器とカラートナーの現像器とを任意に交
換する方式、あるいは両現像器を併設してその作動を任
意に切り替え制御する方式が採用されている。従来、黒
トナーの複写機において使用されている基準パターン像
の濃度を検出する光学手段は、発光素子と受光素子とか
らなり、受光素子が発光素子からの正反射光を検出する
ように構成され、受発光光束の各光軸を含む光軸平面は
像担持体の法線を含む平面と一致しいる。しかし、カラ
ートナーでの現像に際しては、カラートナーは乱反射を
生じるため、像担持体としての感光体とカラートナーと
の反射率にほとんど差がなく、図１３に示すように、破
線で示すカラートナー（実線は黒トナー）は、トナー濃
度と受光素子出力（正反射光量）との間で相関関係を得
ることができず、カラートナーによる基準パターン像の
濃度を検出することは不可能である。

【０００４】その対策として、特開昭６１−２０９４７
０号公報には、発光素子又は受光素子の少なくとも一方
を、現像に黒トナーを使用している場合には受光素子が
正反射光を受光するように、そして現像にカラートナー
を使用している場合には、受光素子が乱反射光を受光す
るように上記光軸平面内で回転させて切り替え可能とし
たトナー濃度検出装置が開示されている。また、特開昭
６２−１６４０６６号公報には、像担持体上でのトナー
付着量に応じて２次曲線状の赤外線フォトセンサ出力特
性を有するモノカラートナーについて、画像濃度が増す
時に、センサ出力も増すようなカラー特性領域で制御
し、センサ出力が一定値を上まわるときはトナーの補給
を制限する方法が、また、特開昭６２−２０９４７６号
公報には、受光素子を２個用い、一方を正反射光、他方
を乱反射光を受光するように配置し、両受光素子の出力
信号の差に対応して現像装置のトナー供給量を制御する
方法がそれぞれ開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のカラー濃度検出方法または装置においては、何れに
しても、発光素子と受光素子の各光軸を含む光軸平面
は、像担持体の法線を含む構成となっており、この光軸
平面内で各素子の角度を変える方法を採っているため、
狭いスペース内に機構を組み込まなければならない点
や、構成が複雑になる等の問題点があり、さらなる簡単
な構成が望まれるところであった。そこで、この発明の
目的は、上述した従来の問題点を解消して、像担持体上
に付着したカラートナーの量（面密度）を光学的に高い
精度で検出することができる、特に、トナーが像担持体
表面を完全被覆するような高付着領域で高精度に検出で
きる簡単な構成のカラー濃度検出装置を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、画像
形成装置において、像担持体上に形成されたトナーパタ
ーン像に発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子
で検出した結果によって作像条件を制御するトナー濃度
検出装置において、前記発光素子と前記受光素子は、共
に指向特性を有し、且つ、発光素子と受光素子の光軸が
交わる点が、略前記像担持体表面上にあり、この交点に
おける法線と前記光軸を含む光軸平面の成す角ψが、１
５°≦ψ＜９０°の条件を満たすカラー濃度検出装置を
具備する。

【０００７】請求項２の発明は、画像形成装置におい
て、像担持体上に形成されたトナーパターン像に発光素
子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出した結果
によって作像条件を制御するトナー濃度検出装置におい
て、前記発光素子と前記受光素子は、共に比較的狭い指
向特性を有していて、その広がり角は各々φ１、φ２で
あり、且つ、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、
略前記像担持体表面上にあって、この交点における法線
と前記光軸を含む光軸平面の成す角ψは、ψ＞（φ１＋
φ２）／２の条件を満たすカラー濃度検出装置を具備す
る。

【０００８】請求項３の発明は、画像形成装置におい
て、像担持体上に形成されたトナーパターン像に発光素
子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出した結果
によって作像条件を制御するトナー濃度検出装置におい
て、前記発光素子と前記受光素子は、共に比較的狭い指
向特性を有していて、その広がり角は各々φ１、φ２で
あり、且つ、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、
略前記像担持体表面の近傍にあって、像担持体の回転軸
を含む平面と前記光軸を含む光軸平面の成す角ψは、ψ
＞（φ１＋φ２）／２の条件を満たすカラー濃度検出装
置を具備する。

【０００９】請求項４の発明は、画像形成装置におい
て、像担持体上に形成されたトナーパターン像に発光素
子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出した結果
によって作像条件を制御するトナー濃度検出装置におい
て、前記発光素子と前記受光素子は、共に比較的狭い指
向特性を有していて、その広がり角は各々φ１、φ２で
あり、且つ、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、
略前記像担持体表面の近傍にあって、像担持体の回転軸
に直交する平面と前記光軸を含む光軸平面の成す角ψ
は、ψ＞（φ１＋φ２）／２の条件を満たすカラー濃度
検出装置を具備する。

【００１０】請求項５の発明は、画像形成装置のトナー
濃度検出装置であって、像担持体上に形成された着色粒
子パターンに発光素子の光を照射し、その反射光を受光
素子で検出した結果によって作像条件を制御するトナー
濃度検出装置において、上記発光素子の発光光束の広が
りである指向性をφ１、上記受光素子の受光光束の広が
りである指向性をφ２とし、上記発光光束と上記受光光
束の各光軸が略同一平面としての光軸平面Ｓ１上に在
り、かつ、上記発光素子と受光素子の光軸が互いに交わ
る交点Ｐが、上記像担持体表面上またはその近傍に在
り、交点Ｐにおける上記像担持体の面と垂直をなす面と
光軸平面Ｓ１のなす角をψとし、上記の受発光光束の広
がりの広い方の素子の受発光面の直径をｄ、上記発光素
子からの光が上記像担持体で反射され上記受光素子に到
るまでの最短の光路長をρとしたとき 、 ψ≧min（φ１，φ２）／２， 但し、min（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を表
わす。

【００１１】かつ、 ψ≧ tan_~ ¹（ｄ／２ρ）／２ を満たすように構成される。

【００１２】請求項６の発明は、画像形成装置のトナー
濃度検出装置であって、円筒状の像担持体上に形成され
たトナーパターンに発光素子の光を照射し、その反射光
を受光素子で検出した結果によって作像条件を制御する
トナー濃度検出装置において、上記発光素子の発光光束
の広がりである指向性をφ１、上記受光素子の受光光束
の広がりである指向性をφ２とし、上記発光光束と上記
受光光束の各光軸が略同一平面としての光軸平面Ｓ１上
に在り、かつ、上記発光素子と受光素子の光軸が互いに
交わる交点Ｐが、上記像担持体表面上またはその近傍に
在り、前記像担持体の回転中心軸と前記点Ｐとを含む平
面をＳａ、平面Ｓ１とＳａのなす角をψ、上記受発光光
束の広がりの広い方の素子の受発光面の直径をｄ、上記
発光素子からの光が上記像担持体で反射され上記受光素
子に到るまでの最短の光路長をρとしたとき、 ψ≧min（φ１，φ２）／２， 但し、min（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を表
わす。

【００１３】かつ、 ψ≧ tan_~ ¹（ｄ／２ρ）／２ を満たすように構成される。

【００１４】請求項７の発明は、画像形成装置のトナー
濃度検出装置であって、円筒状の像担持体上に形成され
たトナーパターンに発光素子の光を照射し、その反射光
を受光素子で検出した結果によって作像条件を制御する
トナー濃度検出装置において、上記発光素子の発光光束
の広がりである指向性をφ１、上記受光素子の受光光束
の広がりである指向性をφ２とし、上記発光光束と上記
受光光束の各光軸が略同一平面としての光軸平面Ｓ１上
に在り、かつ、上記発光素子と受光素子の光軸が互いに
交わる交点Ｐが、上記像担持体表面上またはその近傍に
在り、前記像担持体の回転中心軸と直交する平面をＳ
ｔ、平面Ｓ１とＳｔとのなす角をψ、上記受発光光束の
広がりの広い方の素子の受発光面の直径をｄ、上記発光
素子からの光が上記像担持体で反射され上記受光素子に
到るまでの最短の光路長をρとしたとき、 ψ≧min（φ１，φ２）／２， 但し、min（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を表
わす。

【００１５】かつ、 ψ≧ tan_~ ¹（ｄ／２ρ）／２ を満たすように構成される。

【００１６】請求項８の発明は、請求項５、６又は７記
載のトナー濃度検出装置において、発光素子と受光素子
の各光軸が一平面内に含まれるように発光素子と受光素
子とを支持部材でユニット化し、発光素子の前方に集光
光学素子を設けた構成を有する。請求項９の発明は、請
求項５、６又は７記載のトナー濃度検出装置において、
上記発光素子と受光素子の各光軸が一平面内に含まれる
ように発光素子と受光素子を支持部材でユニット化し、
受光素子の前方に集光光学素子を設けた構成を有する。
請求項１０の発明は、請求項５、６、７又は８記載のト
ナー濃度検出装置において発光素子と受光素子の各光軸
が一平面内に含まれるように発光素子と受光素子を支持
部材でユニット化し、この受発光素子ユニットを像担持
体に対して回転可能に支持した構成を有する。

【００１７】

【作用】請求項１の発明では、発光素子と受光素子は、
共に指向特性を有していて、発光素子と受光素子の光軸
が交わる点が、像担持体の略表面上にあり、この交点に
おける法線と前記各光軸を含む光軸平面の成す角をψと
すると、受光素子のカラートナーからの乱反射光に対す
る感度は、１５°≦ψ＜９０°の範囲で顕著に表れる。
このため、前記光軸平面を回転させて、ψをこの範囲、
例えば３０°以内に設定することにより、像担持体上に
付着したカラートナーの量が光学的に高い精度で検出さ
れる。

【００１８】請求項２の発明では、発光素子と受光素子
は、共に比較的狭い指向特性を有していて、その広がり
角は各々φ１、φ２であり、発光素子と受光素子の光軸
が交わる点が、像担持体の略表面上にあり、この交点に
おける法線と光軸平面なす角をψとすると、受光素子の
カラートナーからの乱反射光に対する感度は、ψ＞（φ
１＋φ２）／２の条件を満たす範囲で顕著に表れる。こ
のため、前記光軸平面を回転させて、ψをこの範囲、例
えば３０°内に設定することにより、像担持体上に付着
したカラートナーの量が光学的に高い精度で検出され
る。

【００１９】請求項３の発明は、発光素子と受光素子
は、共に指向特性を有していて、その広がり角は各々φ
１、φ２であり、発光素子と受光素子の光軸が交わる点
が、像担持体の略表面の近傍にあって、像担持体の回転
軸を含む平面と前記光軸を含む光軸平面のなす角をψと
すると、受光素子のカラートナーからの乱反射光に対す
る感度は、ψ＞（φ１＋φ２）／２の条件を満たす範囲
で顕著に表れる。このため、前記光軸平面を回転させ
て、ψをこの範囲、例えば３０°内に設定することによ
り、像担持体上に付着したカラートナーの量が光学的に
高い精度で検出される。

【００２０】請求項４の発明は、前記発光素子と前記受
光素子は、共に指向特性を有していて、その広がり角は
各々φ１、φ２であり、発光素子と受光素子の光軸が交
わる点が、略前記像担持体表面の近傍にあって、像担持
体の回転軸に直交する平面と前記光軸を含む光軸平面の
成す角をψとすると、前記受光素子のカラートナーから
の乱反射光に対する感度は、ψ＞（φ１＋φ２）／２の
条件を満たす範囲で顕著に表れる。このため、前記光軸
平面を回転させて、ψをこの範囲内に設定（例えば３０
°）することにより、像担持体上に付着したカラートナ
ーの量を光学的に高い精度で検出できる。

【００２１】請求項５の発明は、発光素子の発光光束の
広がり角をφ１、受光素子の受光光束の広がり角をφ２
とし、上記発光光束と上記受光光束の各光軸が同一平面
Ｓ１上に在り、かつ、上記各光軸が互いに交わる交点
が、像担持体表近傍に在り、上記交点における像担持体
の面と垂直をなす面と平面Ｓ１のなす角をψとし、受発
光光束の広がりの広い方の素子の受発光面の直径をｄ、
発光素子からの光が像担持体で反射され受光素子に到る
までの最短の光路長をρとしたとき、 ψ≧min（φ１，φ２）／２， 但し、min（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を表
わす。

【００２２】かつ、 ψ≧ tan_~ ¹（ｄ／２ρ）／２ を満たすように構成されているので、像担持体表面によ
る正反射光を受光することなく、像担持体上に付着した
カラートナーの量が光学的に高い精度で検出される。

【００２３】請求項６の発明は、発光素子の発光光束の
広がりφ１、受光素子の受光光束の広がりをφ２とし、
発光光束と受光光束の各光軸が同一平面Ｓ１上に在り、
かつ、上記各光軸が互いに交わる交点Ｐが、円筒状の像
担持体表面上近傍に在り、像担持体の回転中心軸と点Ｐ
とを含む平面をＳａ、平面Ｓ１とＳａのなす角をψ、受
発光光束の広がりの広い方の素子の受発光面の直径を
ｄ、発光素子からの光が上記像担持体で反射され上記受
光素子に到るまでの最短の光路長をρとしたとき、 ψ≧min（φ１，φ２）／２， 但し、min（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を表
わす。

【００２４】かつ、 ψ≧ tan_~ ¹（ｄ／２ρ）／２ を満たすように構成されているので、円筒状の像担持体
表面による正反射光を受光することなく、像担持体上に
付着したカラートナーの量が光学的に高い精度で検出さ
れる。

【００２５】請求項７の発明は、発光素子の発光光束の
広がりをφ１、受光素子の受光光束の広がりをφ２と
し、発光光束と受光光束の各光軸が同一平面Ｓ１上に在
り、かつ、上記各光軸が互いに交わる交点Ｐが、円筒状
の像担持体表面近傍に在り、像担持体の回転中心軸と直
交する平面をＳｔ、平面Ｓ１とＳｔとのなす角をψ、上
記受発光光束の広がりの広い方の素子の受発光面の直径
をｄ、発光素子からの光が像担持体で反射され受光素子
に到るまでの最短の光路長をρとしたとき、 ψ≧min（φ１，φ２）／２， 但し、min（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を表
わす。

【００２６】かつ、 ψ≧ tan_~ ¹（ｄ／２ρ）／２ を満たすように構成されているので、円筒状の像担持体
表面による正反射光を受光することなく、像担持体上に
付着したカラートナーの量が光学的に高い精度で検出さ
れる。

【００２７】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１は、この発明が適用されるカラー画像形成
装置を示しており、同図において、図示しないスキャナ
部において、デジタル信号に変換された画像情報は、顕
像パターンを形成する書込みユニット２２に送られる。
この書込みユニット２２は、各色の画像情報を含むレー
ザ光２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２ＢＫを記録ユニット
２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫに射出するものであ
り、記録ユニット２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫは
同一平面上に一定の間隔で配置されている。各記録ユニ
ット２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫは、それぞれ現
像色が異なるものの電子写真方式の同一構成を有してお
り、例えば、記録ユニット２３Ｃは、感光体ドラム２４
Ｃを帯電チャージャ２５Ｃによって何れかの階調に対応
する電位で一様帯電し、書込みユニット２２からのレー
ザ光２２Ｃにより画像情報に応じた変調光を照射して感
光体ドラム４Ｃを露光し、これによって感光体ドラム４
Ｃに形成したシアン光像の静電潜像に対して、現像ユニ
ット２６Ｃにより現像を行って顕像化する。

【００２８】図示しない給紙部より送られた転写紙は、
レジストローラ３０によりタイミングを合わせて駆動ロ
ーラ３４と従動ローラ３５に支張された転写ベルト１に
送り出され、図中左方向に搬送されながら、感光体ドラ
ム４ＢＫ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｙによって順にトナー像が転
写された後、定着ローラ３２によって定着されて排紙さ
れる。この転写ベルト１において、図２に示すように、
発光素子２と受光素子３が、同ベルト１上の所定の点Ｐ
における垂線ｓとその光軸２ａと３ａとがなす角がそれ
ぞれθ₁とθ₂となるように配置されている。この実施例
で用いている発光素子２と受光素子３は、共に比較的広
い指向性を有し、発光素子２の射出光の光量、又は受光
素子３の受光域の感度が１／２になる角、つまり広がり
角を各々φ１，φ２（例えば、φ１＝３０°、φ２＝２
０°）としたとき、 （φ１＋φ２）／２＝２５° の関係を持っている。

【００２９】そして、図２の矢印Ａ方向から見た図３に
示すように、点Ｐにおける法線ｈと光軸２ａ（３ａ）を
含む平面Ｓ１とが角度ψをなすように発光素子２と受光
素子３とが配置され、この実施例ではψ＝３０°に設定
されている。この構成において、点Ｐにおける法線ｈと
平面Ｓ１とのなす角度ψを変化させていったとき、図４
に示すように、転写ベルト１をカラートナーが完全被覆
している場合の特性線４０とトナー付着がない場合の特
性線４１の比較から分かるように、カラートナーは乱反
射であるため、角度ψが−１０度〜１０度の範囲では受
光素子３の出力電圧の変化はあまり見られないが、上記
の範囲の外側では、その変化は２つの特性線の値の差と
して最も顕著に表れている。したがって、この実施例の
ように、例えば、角度ψ＝３０°とすることにより、転
写ベルト１上のトナー濃度が高感度に検知される。ま
た、黒トナーを用いた場合は、正反射光であるので、角
度ψ＝０°で最も感度良く検知できるため、黒トナーを
用いた場合とカラートナーを用いた場合とで、ψの値を
０°と３０°とで必要に応じて切り替える構成にするこ
ともできる。

【００３０】請求項２に基づく実施例について説明す
る。図５に示すように、発光素子２と受光素子３が、感
光体ドラム４Ｃ（図１に示す感光体ドラムＢＫ、４Ｃ、
４Ｍ、４Ｙのうちの一例として用いる）上の所定の点Ｐ
における感光体ドラム４Ｃに対する垂線ｓとその光軸２
ａと３ａとが成す角がそれぞれθ₁とθ₂となるように配
置されている。この実施例で用いている発光素子２と受
光素子３は、共に比較的受発光光束の広がりの狭い、つ
まり狭い指向性を有し、発光素子２の射出光の光量、又
は受光素子３の受光域の感度が１／２になる角、すなわ
ち広がり角を各々φ１，φ２（例えば、φ１＝８°、φ
２＝１２°）としたとき、 （φ１＋φ２）／２＝１０° の関係を持っている。

【００３１】そして、図５の矢印Ａ方向から見た図６に
示すように、点Ｐにおける法線（接線に垂直な直線）ｈ
と光軸２ａ（３ａ）を含む平面Ｓ１とが角度ψをなすよ
うに発光素子２と受光素子３とが配置され、この実施例
ではψ＝３０°に設定されている。この構成において、
点Ｐにおける法線ｈと平面Ｓ１とが成す角度ψを変化さ
せていったとき、図７に示すように、感光体ドラム４Ｃ
をカラートナーが完全被覆している場合の特性曲線４
２、いくらかトナー付着がある場合の特性曲線４３、及
びトナー付着がない場合の特性曲線４４の比較からわか
るように、カラートナーは乱反射であるため、角度ψが
０゜近傍、あるいは±３０°の近傍では受光素子３の出
力電圧の変化は３つの特性曲線の値の差として顕著に表
れているが、±１０°近傍では、その変化はあまり見ら
れない。角度ψ＝０°の時の受光素子３の出力とトナー
濃度との関係は、図８に示すように、トナー付着量が
０.５ｍｇ／ｃｍ²以上の多い所では、カラートナーの特
性線５０と黒トナーの特性線５１から分かるように、受
光素子３の出力はほとんど変化せず感度を持たない。し
たがって、この実施例のように、例えば、角度ψ＝３０
°とすることにより、感光体ドラム４Ｃ上のトナー濃度
が感度良く検知される。

【００３２】請求項３に基づく実施例について説明す
る。この実施例の構成は、請求項２の実施例と略同様で
ある。異なっている点は、図１０に示すように、発光素
子２の光軸２ａと受光素子３の光軸３ａを含む平面Ｓ１
が、感光体ドラム４Ｃの回転軸を含む平面Ｓａに対して
角度ψをなすように限定されている点である。図９に示
すように、発光素子２と受光素子３が、感光体ドラム４
Ｃ上の所定の点Ｐにおける垂線ｓとその光軸２ａと３ａ
とがなす角がそれぞれθ₁とθ₂となるように配置されて
いる。この実施例に用いられている発光素子２と受光素
子３は、共に比較的狭い指向性を有し、発光素子２の射
出光の光量、又は受光素子３の受光域の感度が１／２に
なる角、つまり広がり角を各々φ１，φ２（例えば、φ
１＝８°、φ２＝１２°）としたとき、 （φ１＋φ２）／２＝１０° の関係を持っている。そして、図９の矢印Ａ方向から見
た図１０に示すように、感光体ドラム４Ｃの回転軸を含
む平面Ｓａと光軸２ａ（３ａ）を含む平面Ｓ１とが角度
ψをなすように発光素子２と受光素子３とが配置され、
この実施例ではψ＝３０°に設定している。動作の説明
は、請求項２と同様であるので省略する。

【００３３】請求項４に基づく実施例について説明す
る。この実施例の構成は、請求項２の実施例と略同様で
あるが、異なっているのは、図１２に示すように、発光
素子２の光軸２ａと受光素子３の光軸３ａを含む平面Ｓ
１が、感光体ドラム４Ｃの回転軸に直交する平面Ｓｔに
対して角度ψを成すように限定し、且つ、発光素子２の
光軸２ａと受光素子３の光軸３ａとが交わる点Ｐ’は、
感光体ドラム１表面上の点Ｐに限定されず、この点Ｐよ
り感光体ドラム１の表面から内側にずれた位置、すなわ
ち感光体ドラム１表面の近傍に設定されている点であ
る。

【００３４】図１１において、発光素子２と受光素子３
の光軸２ａと３ａとが交わる点Ｐ’は、感光体ドラム４
Ｃ上の法線ｈとの交点Ｐより感光体ドラム１の内側にず
れた位置にあり、この点Ｐを通る法線ｈとその光軸２ａ
と３ａがなす角がそれぞれθ₁とθ₂となるように配置さ
れている。この実施例で用いている発光素子２と受光素
子３は、共に比較的狭い指向性を有し、発光素子２の射
出光の光量、又は受光素子３の受光域の感度が１／２に
なる角、つまり広がり角を各々φ１，φ２（例えば、φ
１＝８°、φ２＝１２°）としたとき、 （φ１＋φ２）／２＝１０° の関係を持っている。

【００３５】そして、図１１の矢印Ａ方向から見た図１
２に示すように、点Ｐを含む感光体ドラム４Ｃの回転軸
に直交する平面Ｓｔと光軸２ａ（３ａ）を含む平面Ｓと
が角度ψを成すように発光素子２と受光素子３とが配置
され、この実施例では、例えば、ψ＝３０°に設定して
いる。動作の説明は請求項２と同様であるので省略す
る。この場合、光軸２ａと３ａとが交わる点がＰ’の位
置にずれているが、乱反射光を受光するので、受光素子
３の感度には問題ない。但し、正反射センサとしては使
用することができない。

【００３６】請求項５に基づく実施例について説明す
る。発光素子２と受光素子３は、図１４に示すように、
受発光素子ユニット６０の支持部材６１に固定支持され
ている。発光素子２の前方には集光光学系としてのフレ
ネルレンズ６２が、そして受光素子３の前方には防塵ガ
ラス６３がそれぞれ配置されている。フレネルレンズ６
２は、像担持体１の表面に細く絞った光束をＰ点に照射
し、Ｐ点における光スポットを受光素子３が防塵ガラス
６３を介して受光する。ここで、発光素子２の指向性φ
１を２°、受光素子３の指向性φ２を３０°、受光素子
３の円形受光面の直径ｄを１．２ｍｍ、発光素子２から
の光が像担持体１上の点Ｐで反射され受光素子３に到る
までの最短の光路長ρを１６ｍｍとすると、 φ１＜φ２ であるから、 min（φ１，φ２）／２＝φ１／２＝１° 但し、min（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を意
味する。であり、また、 tan_~ ¹（ｄ／２ρ）／２＝tan_~ ¹（１．２／２×１６）／２ ＝１° である。

【００３７】図１５に、図３の像担持体１の交点Ｐにお
ける法線ｈと平面Ｓ１のなす角ψとセンサ出力電圧（検
出光量に対応する）の関係を示す。曲線７０は、トナー
がないときの出力電圧の特性曲線であって、Ｂ'ＡＢは
像担持体１の正反射が主に検知できる領域であり、Ｃ'
Ｂ'及びＢＣは像担持体１の乱反射のみが検知でできて
いる領域である。曲線７１は、トナーが全面に付着して
いるときの特性を示す。出力電圧の特性曲線７１は、角
ψにほとんど依存しない。トナーがないときの像担持体
１の乱反射光成分も同様である。

【００３８】ここで、角ψを１°よりも大きい値である
２°に設定とすることで、発光素子２からの光が像担持
体１で正反射して受光素子３に入ることはない。従っ
て、図１３に示すような、既に説明した特性を得ること
ができる。

【００３９】請求項６に基づく実施例について説明す
る。

【００４０】発光素子２と受光素子３は、図１６に示す
ように、受発光素子ユニット１６０の支持部材１６１に
固定支持されている。発光素子２の前方には防塵ガラス
１６３が、そして受光素子３の前方には集光光学系とし
てのフレネルレンズ１６２がそれぞれ配置されている。
フレネルレンズ１６２は、発光素子２により防塵ガラス
１６３を介して像担持体１の表面に照射された光束の狭
い領域からの光のみを受光素子３に入射させる。ここ
で、発光素子２の円形発光面の直径ｄを１．６ｍｍ、指
向性φ１を３０°、そして受光素子３の指向性φ２を２
°、発光素子２からの光が像担持体１上の点Ｐで反射さ
れ受光素子３に到るまでの最短の光路長ρを２０ｍｍと
すると、 φ１＞φ２ であるから、 min（φ１，φ２）／２＝φ１／２＝１° 但し、min（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を意
味する。

【００４１】であり、また、 tan_~ ¹（ｄ／２ρ）／２＝tan_~ ¹（１．６／２×２０）／２ ＝１．２° である。

【００４２】図１８に、図３の像担持体１の交点Ｐにお
ける法線ｈと平面Ｓ１のなす角ψとセンサ出力電圧（検
出光量に対応する）の関係を示す。曲線１７０は、トナ
ーがないときの出力電圧の特性曲線であって、Ｂ'ＡＢ
は像担持体１の正反射が主に検知できる領域であり、
Ｃ'Ｂ'及びＢＣは像担持体１の乱反射のみが検知ででき
ている領域である。曲線１７１は、トナーが全面に付着
しているときの特性を示す。ここで、角ψ（図３の像担
持体１の交点Ｐにおける法線ｈと平面Ｓ１のなす角）を
１．２°よりも大きい値である２°に設定とすること
で、発光素子２からの光が像担持体１で正反射して受光
素子３に入ることはない。従って、図１３に示すよう
な、既に説明した特性を得ることができる。

【００４３】また、図１７に示すように、センサーとし
ての受発光素子ユニット１６０を像担持体１に関して回
転可能に支持し、これを像担持体１に対して回転させ、
正反射光と乱反射光をそれぞれ検知するようにすること
もできる。図１８の特性曲線１７１は、像担持体１の法
線ｈに対するセンサー光軸面（発光素子と受光素子の光
軸を含む平面）の角度ηを回転させた時の受光素子出力
特性を示す。図１５の特性曲線７１に対して、角度の大
きいところでセンサ出力が下がる。これは、像担持体１
とセンサーの距離が大きくなるからである。すなわち、
センサ角度ηが変わると像担持体と受発光素子との距離
も変化するため、角度ηの絶対値の大きい所でトナーが
全面に付着している時の出力電圧が低下する。図１８か
らみて、η＝０°で正反射光を、η＞２°で乱反射光を
検知すると良い。

【００４４】請求項７に基づく実施例について説明す
る。

【００４５】発光素子２と受光素子３は、図１４に示す
ように、受発光素子ユニット６０の支持部材６１に固定
支持されている。発光素子２の前方にはフレネルレンズ
６２が、そして受光素子３の前方には防塵ガラス６３が
それぞれ配置されている。フレネルレンズ６２は、円筒
状の像担持体４ｃ（図１１）の表面に細く絞った光束を
Ｐ点に照射し、Ｐ点における光スポットを受光素子３が
受光する。

【００４６】ここで、発光素子２の指向性φ１を２°、
受光素子３の指向性φ２を３０°、受光素子３の円形受
光面の直径ｄを１．２ｍｍ、発光素子２からの光が像担
持体４ｃの表面で反射され受光素子３に到るまでの最短
の光路長ρを１６ｍｍとすると、 φ１＜φ２ であるから、 min（φ１，φ２）／２＝φ１／２＝１° 但し、min（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を意
味する。

【００４７】であり、また、 tan_~ ¹（ｄ／２ρ）／２＝tan_~ ¹（１．２／２×１６）／２ ＝１．１° である。図１５に、図１２に示す像担持体４ｃの点Ｐに
おいて、回転中心軸と直交する平面Ｓｔと平面Ｓ１のな
す角ψとセンサ出力電圧の関係を示す。ここで、角ψを
１．１°よりも大きい値である２°に設定とすること
で、発光素子２からの光が像担持体で正反射して受光素
子３に入ることはない。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、発光素子と受光素子は、共に指向特性を有し、
且つ、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、略前記
像担持体表面上にあり、この交点における法線と光軸平
面の成す角ψが１５°≦ψ＞９０°の条件を満たす構成
としたので、簡単な構成により、像担持体上に付着した
カラートナーの量を光学的に高い精度で検出することが
でき、特に、トナーが像担持体表面を完全被覆するよう
な高付着領域でも高精度に検出することができる。 ま
た、従来のように、発光素子と受光素子を光軸平面内で
回転させるのにに比べて、光軸平面自体を回転させるの
で、比較的大きいスペースが取れて、しかも簡単な構成
であり、組立て作業が容易になる。さらに、ψ＝０°で
正反射センサ、ψ＝ｘ°（ｘは上記範囲内）で乱反射セ
ンサとして、光軸平面を回転させるだけで使い分けるこ
とにより、正反射センサと乱反射センサの機能を同じ素
子に兼ね備えさせることができる。

【００４９】請求項２の発明によれば、発光素子と受光
素子は、共に比較的狭い指向特性を有していて、その広
がり角は各々φ１、φ２であり、且つ、発光素子と受光
素子の光軸が交わる点が、略前記像担持体表面上にあっ
て、この交点における法線と前記光軸を含む光軸平面の
成す角ψは、ψ＞（φ１＋φ２）／２の条件を満たすの
で、請求項１と同様の効果を奏する。

【００５０】請求項３の発明によれば、発光素子と受光
素子は、共に比較的狭い指向特性を有していて、その広
がり角は各々φ１、φ２であり、且つ、発光素子と受光
素子の光軸が交わる点が、略前記像担持体表面の近傍に
あって、像担持体の回転軸を含む平面と前記光軸を含む
光軸平面の成す角ψは、ψ＞（φ１＋φ２）／２の条件
を満たすので、請求項１と同様の効果を奏するものであ
る。

【００５１】請求項４の発明によれば、発光素子と受光
素子は、共に比較的狭い指向特性を有していて、その広
がり角は各々φ１、φ２であり、且つ、発光素子と受光
素子の光軸が交わる点が、略前記像担持体表面の近傍に
あって、像担持体の回転軸に直交する平面と前記光軸を
含む光軸平面の成す角ψは、ψ＞（φ１＋φ２）／２の
条件を満たすので、請求項１と同様の効果を奏するも。

【００５２】請求項５、６、７の発明によれば、発光素
子の指向性をφ１、受光素子のそれをφ２、受発光素子
の円形受発光面の直径をｄ、発光素子からの光が像担持
体で反射され受光素子に到るまでの最短の光路長をρ、
像担持体表面に対して垂直をなす面と受発光素子の光軸
平面とのなす傾き角をψとしたとき、傾き角ψの値を、
min（φ１，φ２）／２（但し、min（φ１，φ２）はφ
１，φ２の小さい方を意味する。）とtan_~ ¹（ｄ／２
ρ）／２との大きい方の値よりもら大きく設定すること
により、発光素子からの光が像担持体で正反射して受光
素子に入ることはなく、高精度でカラートナー濃度を検
出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る実施例のカラー画像形成装置を
示す概略構成図である。

【図２】請求項１に基づく実施例のカラー濃度検出装置
を構成する発光素子と受光素子を示す構成図である。

【図３】図２をＡ方向から見たカラー濃度検出装置を示
す構成図である。

【図４】像担持体の法線と光軸平面の成す角と受光素子
の出力電圧の関係を示す特性線図である。

【図５】請求項２に基づく実施例の発光素子と受光素子
を示す構成図である。

【図６】図５をＡ方向から見たカラー濃度検出装置を示
す構成図である。

【図７】像担持体の法線と光軸平面の成す角と受光素子
の出力電圧の関係を示す特性線図である。

【図８】像担持体上のトナー付着量と受光素子からの出
力電圧の関係を示す特性線図である。

【図９】請求項３に基づく実施例の発光素子と受光素子
を示す構成図である。

【図１０】図９をＡ方向から見た発光素子と受光素子を
示す構成図である。

【図１１】請求項４に基づく実施例の発光素子と受光素
子を示す構成図である。

【図１２】図１１をＡ方向から見た発光素子と受光素子
を示す構成図である。

【図１３】従来の受光素子の出力電圧と像担持体上のト
ナー付着量との関係を示す特性線図である。

【図１４】発光素子と受光素子とを支持部材で一体化し
た受発光素子ユニットの一例を示す側面図である。

【図１５】濃度検知センサの像担持体表面に対する傾き
角ψとセンサ出力電圧の関係を示す特性曲線である。

【図１６】発光素子と受光素子とを支持部材で一体化し
た受発光素子ユニットの他の例を示す側面図である。

【図１７】像担持体表面に対して回転させる受発光素子
ユニットの一例を示す側面図である。

【図１８】濃度検知センサの像担持体表面に対する傾き
角ψとセンサ出力電圧の関係を示す特性曲線である。

【符号の説明】

１、４ｃ 像担持体 ２ 発光素子 ３ 受光素子 ４Ｃ，４Ｍ，４Ｙ，４ＢＫ 像担持体 ６０、１６０ 受発光素子ユニット ６１、１６１ 支持部材 ６２、１６２ フレネルレンズ ６３、１６３ 防塵ガラス ψ 濃度検知センサの傾き角 Ｓ１ 光軸平面 ｄ 受発光素子の受発光面の直径 ρ 像担持体から受光素子までの最短距離

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】像担持体上に形成されたトナーパターン像
   に発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出
   した結果によって作像条件を制御するトナー濃度検出装
   置を具備する画像形成装置において、 前記発光素子と前記受光素子は、共に指向特性を有し、
   且つ、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、略前記
   像担持体表面上にあり、この交点における法線と前記光
   軸を含む光軸平面の成す角ψが １５°≦ψ＜９０° の条件を満たすトナー濃度検出装置を具備した画像形成
   装置。
2. 【請求項２】像担持体上に形成されたトナーパターン像
   に発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出
   した結果によって作像条件を制御するトナー濃度検出装
   置を具備する画像形成装置において、 前記発光素子と前記受光素子は、共に比較的狭い指向特
   性を有していて、その広がり角は各々φ１、φ２であ
   り、且つ、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、略
   前記像担持体表面上にあって、この交点における法線と
   前記光軸を含む光軸平面の成す角ψは、 ψ＞（φ１＋φ２）／２ の条件を満たすトナー濃度検出装置を具備した画像形成
   装置。
3. 【請求項３】像担持体上に形成されたトナーパターン像
   に発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出
   した結果によって作像条件を制御するトナー濃度検出装
   置を具備する画像形成装置において、 前記発光素子と前記受光素子は、共に比較的狭い指向特
   性を有していて、その広がり角は各々φ１、φ２であ
   り、且つ、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、略
   前記像担持体表面の近傍にあって、像担持体の回転軸を
   含む平面と前記光軸を含む光軸平面の成す角ψは、 ψ＞（φ１＋φ２）／２ の条件を満たすトナー濃度検出装置を具備した画像形成
   装置。
4. 【請求項４】像担持体上に形成されたトナーパターン像
   に発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出
   した結果によって作像条件を制御するトナー濃度検出装
   置において、 前記発光素子と前記受光素子は、共に比較的狭い指向特
   性を有していて、その広がり角は各々φ１、φ２であ
   り、且つ、発光素子と受光素子の光軸が交わる点が、略
   前記像担持体表面の近傍にあって、像担持体の回転軸に
   直交する平面と前記光軸を含む光軸平面の成す角ψは、 ψ＞（φ１＋φ２）／２ の条件を満たすことを特徴とするトナー濃度検出装置。
5. 【請求項５】像担持体上に形成された着色粒子パターン
   に発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子で検出
   した結果によって作像条件を制御する装置において、上
   記発光素子の発光光束の広がりである指向性をφ１、上
   記受光素子の受光光束の広がりである指向性をφ２と
   し、上記発光光束と上記受光光束の各光軸が略同一平面
   としての光軸平面Ｓ１上に在り、かつ、上記発光素子と
   受光素子の光軸が互いに交わる交点Ｐが、上記像担持体
   表面上またはその近傍に在り、交点Ｐにおける上記像担
   持体の面と垂直をなす面と光軸平面Ｓ１のなす角をψと
   し、上記の受発光光束の広がりの広い方の素子の受発光
   面の直径をｄ、上記発光素子からの光が上記像担持体で
   反射され上記受光素子に到るまでの最短の光路長をρと
   したとき、 ψ≧min（φ１，φ２）／２， 但し、min（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を表
   わす。かつ、 ψ≧ tan_~ ¹（ｄ／２ρ）／２ を満たすことを特徴とするトナー濃度検出装置。
6. 【請求項６】円筒状の像担持体上に形成されたトナーパ
   ターンに発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子
   で検出した結果によって作像条件を制御する装置におい
   て、上記発光素子の発光光束の広がりである指向性をφ
   １、上記受光素子の受光光束の広がりである指向性をφ
   ２とし、上記発光光束と上記受光光束の各光軸が略同一
   平面としての光軸平面Ｓ１上に在り、かつ、上記発光素
   子と受光素子の光軸が互いに交わる交点Ｐが、上記像担
   持体表面上またはその近傍に在り、前記像担持体の回転
   中心軸と前記点Ｐとを含む平面をＳａ、平面Ｓ１とＳａ
   のなす角をψ、上記受発光光束の広がりの広い方の素子
   の受発光面の直径をｄ、上記発光素子からの光が上記像
   担持体で反射され上記受光素子に到るまでの最短の光路
   長をρとしたとき、 ψ≧min（φ１，φ２）／２， 但し、min（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を表
   わす。かつ、 ψ≧ tan_~ ¹（ｄ／２ρ）／２ を満たすことを特徴とするトナー濃度検出装置。
7. 【請求項７】円筒状の像担持体上に形成されたトナーパ
   ターンに発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子
   で検出した結果によって作像条件を制御する装置におい
   て、上記発光素子の発光光束の広がりである指向性をφ
   １、上記受光素子の受光光束の広がりである指向性をφ
   ２とし、上記発光光束と上記受光光束の各光軸が略同一
   平面としての光軸平面Ｓ１上に在り、かつ、上記発光素
   子と受光素子の光軸が互いに交わる交点Ｐが、上記像担
   持体表面上またはその近傍に在り、前記像担持体の回転
   中心軸と直交する平面をＳｔ、平面Ｓ１とＳｔとのなす
   角をψ、上記受発光光束の広がりの広い方の素子の受発
   光面の直径をｄ、上記発光素子からの光が上記像担持体
   で反射され上記受光素子に到るまでの最短の光路長をρ
   としたとき、 ψ≧min（φ１，φ２）／２， 但し、min（φ１，φ２）はφ１，φ２の小さい方を表
   わす。かつ、 ψ≧ tan_~ ¹（ｄ／２ρ）／２ を満たすことを特徴とするトナー濃度検出装置。
8. 【請求項８】上記発光素子と受光素子の各光軸が一平面
   内に含まれるように上記発光素子と受光素子を支持部材
   でユニット化し、上記発光素子の前方に集光光学素子を
   設けた請求項５、６又は７記載のトナー濃度検出装置。
9. 【請求項９】上記発光素子と受光素子の各光軸が一平面
   内に含まれるように上記発光素子と受光素子を支持部材
   でユニット化し、上記受光素子の前方に集光光学素子を
   設けた請求項５、６又は７記載のトナー濃度検出装置。
10. 【請求項１０】上記発光素子と受光素子の各光軸が一平
    面内に含まれるように上記発光素子と受光素子を支持部
    材でユニット化し、この受発光素子ユニットを上記像担
    持体に対して回転可能に支持した請求項５、６、７又は
    ８記載のトナー濃度検出装置。