JP3333981B2 - 画像濃度検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、現像剤を収納した現像
装置を有する電子写真式画像形成装置で、特に像担持体
上に複数のテストパッチ像を形成し、これを前記現像装
置の現像剤担持体の線速を変えて現像し、そのうち設定
した濃度のテストパッチ像を得た現像剤担持体線速に固
定して画像形成を行う画像形成装置に用いられる画像濃
度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の画像形成装置では、現像剤のトナ
ー濃度の変化やその他の条件変動に伴って生じるコピー
画像の濃度変動を補正するため、画像形成に先立って、
一定輝度のレーザ書込みユニツトによって像担持体上に
テストパッチ潜像を形成するか、或いは原稿台の端部近
傍に標準票板を設け、走査光学系によって前記標準票板
のテストパッチ潜像を像担持体上に形成し、このテスト
パッチ潜像を現像装置によって現像してテストパッチ像
としたのち、クリーニング装置の像担持体回転の上流側
に設けた画像濃度検知装置の画像濃度センサによりその
テストパッチ像の反射濃度を測定し、反射濃度が規定値
より高い場合はトナー補給を行わないが、反射濃度が規
定値より低い場合はトナー補給を行う。

【０００３】或いは、現像装置の底部などに透磁率セン
サを設けて現像剤のトナー濃度を監視し規定のトナー濃
度より低くくなるとトナー補給を行う等の方法によって
コピー画像濃度を常に適正値に保持した上で、異なる輝
度の露光により複数のテストパッチ潜像を形成し、この
テストパッチ潜像を線速一定の現像剤担持体で現像し、
その現像された複数のテストパッチ像の濃度を画像濃度
センサで検知し、検知された一連の濃度データに基づい
て階調補正カーブを作成する制御を行う画像形成装置は
知られている。この装置では、画像形成を続行中の現像
性能の低下や像担持体の感光層の電位変化などにより画
像濃度の低下や階調性の崩れが生じることがあるので、
一定のコピー枚数ごとに画像の最大濃度補正及び階調補
正を行うことが必要である。このため前記画像形成装置
には、画像の最大濃度測定用及び階調補正を行うための
画像濃度検出装置が備えられている。

【０００４】画像濃度検出装置に使用される画像濃度セ
ンサの発光素子の発光窓部分及び受光素子の受光窓部分
には被検知面からの拡散光を取り入れるために拡散部材
を設ける必要があった。

【０００５】図11は従来の画像濃度センサＤＳ₃の構成
を示す断面図で、例えば発射光及び検出光に対し不透明
な合成樹脂からなるケーシングＣＫに発光素子である発
光ダイオードＬＥＤと受光素子であるホトトランジスタ
ＰＴを収容する穴を穿設し、この穴に発光ダイオードＬ
ＥＤ及びホトトランジスタＰＴを嵌入した後、発光窓及
び受光窓部分に相当する位置に、厚さ約２mmのアクリル
樹脂中に光拡散材を分散させた拡散板ＤＰを設けたもの
が用いられていた。図の110は像担持体、ｐは検知面で
例えば像担持体110上にトナーを付着させたテストパッ
チ像である。図11のように厚さの厚い拡散板ＤＰを使用
した場合は拡散板ＤＰの内部に生ずる拡散光が被検知面
からの反射光と一緒に受光部のホトトランジスタＰＴに
入射し、正しい反射濃度が得られないという問題点があ
った。この問題点は拡散板ＤＰの拡散度の高い程、また
板厚の厚いほど大きくなる。

【０００６】この問題点を解決するため、本出願人は図
12に示す構成の画像濃度センサ（以後この画像濃度後セ
ンサを従来の改良型画像濃度センサと呼ぶことにする）
を提案している。図12（ａ）に示す画像濃度センサは、
拡散板ＤＰを発光ダイオードＬＥＤとホトトランジスタ
ＰＴとの間の位置で拡散板ＤＰＡと拡散板ＤＰＢに分割
して、その間に遮光板ＳＰを設けて拡散板ＤＰＡ内に生
じた拡散光が拡散板ＤＰＢ側に拡散しないようにしたも
のである。また図12（ｂ）に示す画像濃度センサは、ケ
ーシングＣＫの発光ダイオードＬＥＤを収容する穴とホ
トトランジスタＰＴを収容する穴との間に隔壁ＣＫＡを
設け、拡散板ＤＰには隔壁ＣＫＡに対向する部分に溝を
設けこの溝に隔壁ＣＫＡを嵌合させるように拡散板ＤＰ
をケーシングＣＫの上に設ける構成とし、発光ダイオー
ドＬＥＤ側の拡散板ＤＰ内に生じた拡散光をホトトラン
ジスタＰＴ側に到達しないよう遮光するようにしたもの
である。

【０００７】拡散部材である拡散板ＤＰには例えば株式
会社三菱レーヨン製のN-610（厚さ２mm、透過率88％）
が用いられた。

【０００８】図13は上記図11に示す従来の画像濃度検出
装置の画像濃度センサＤＳ₃の拡散板ＤＰの上を黒紙で
覆い、発光ダイオードＬＥＤの消灯、点灯、消灯を繰り
返した時のホトトランジスタＰＴの出力を、所定の増幅
率を有する増幅回路を経た後の値をセンサ出力として縦
軸にとった場合のグラフである。発光ダイオードＬＥＤ
を点灯すると拡散板ＤＰ内の拡散光がホトトランジスタ
ＰＴに達するためセンサ出力が増大する。これに対し、
図14は図12に示す従来の改良型の画像濃度検出装置の画
像濃度センサＤＳ₄を用い、その拡散板ＤＰの上を黒紙
で覆い、上記と同様の実験を行った場合のグラフであ
る。図14に示すように発光ダイオードＬＥＤの消灯、点
灯に関係なくセンサ出力は変化せず微小な値（0.02Ｖ）
となり、拡散板ＤＰ内の拡散光が悪影響を及ぼすことの
ないことが分かる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の従来の
改良型の画像濃度センサを有する画像濃度検出装置で
は、部品点数が多くなり、また組み立て工数が大となり
生産性が低下し、製造コストが高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、
生産性に優れ、製造コストが低く、正確な画像濃度の検
出可能な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、少なく
とも発光素子と、受光素子と、前記発光素子の発光窓及
び前記受光素子の受光窓部分に設けた拡散部材と、から
成る画像濃度センサを有する画像濃度検出装置におい
て、前記拡散部材が、前記発光素子の発光窓及び前記受
光素子の受光窓部分を覆うように設けられたシート状の
拡散フィルムであ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、前記シート状の拡散フィルムには粘
着層が設けられていることを特徴とする前記画像形成装
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説明するに先立っ
て、本発明の画像濃度検出装置を好適な画像濃度検出装
置として備えた画像形成装置の一実施例の構成と作用を
図３によって説明する。

【００１４】前記画像形成装置は、例えばスキャナー若
しくはパーソナルコンピュータ等の画像信号発生手段20
0からの濃度信号をパルス幅変調（ＰＷＭ）した信号に
よって半導体レーザの発光時間を変化させることにより
階調記録を行う露光プロセスを有する電子写真方法を採
用したものであり、電源のメインスイッチをオンにする
と定着ユニット160のウォーミングアップを行う定着温
度設定用のプログラムと、ウォーミングアップ期間内で
現像剤の帯電量を所定値に設定するための撹拌スクリュ
ー133Ａ〜133Ｃを回転させる帯電安定化用のプログラム
と、更に像担持体110の帯電電位の安定化のために画像
形成前に像担持体に電荷を付与する前帯電処理を実行す
る帯電電位安定化用のプログラムと、これらのプログラ
ムの実行と並行してＲＡＭ340から読み出されるテスト
パッチ信号Ｓ_Gに基づいて像担持体110上に最大露光量で
露光した複数のテストパッチ潜像を形成し、それを現像
スリーブ131の回転数を変えた現像装置130によって現像
し、顕像化したテストパッチ像を画像濃度検出装置の一
つの画像濃度センサＤＳ₂により最大画像濃度を検出し
た後、現像スリーブ131の回転数を固定して現像特性を
固定するためのプログラムと、複数の階調補正用のテス
トパッチ潜像を形成し、上記現像特性を固定された現像
装置130によって顕像化しグレイスケール化し、画像濃
度検出装置の他の画像濃度センサＤＳ₁によってその濃
度を検知しプリンタ特性を検出するプログラムと、この
プリンタ特性から記録信号の階調を補正する階調補正制
御用のプログラム等を有するＭＰＵ500を備えたもので
ある。

【００１５】以下、この画像形成装置の主要構成を説明
する。

【００１６】画像処理部300は、ＬＯＧ310，ＬＵＴ32
0，ＲＡＭ330，340及びセレクタ350からなり、最大画像
濃度を所定値に固定した後、グレイスケール化したテス
トパッチ像から得られるプリンタ特性を最大画像濃度を
基準に正規化して階調を補正するものである。

【００１７】ＬＯＧ310は濃度−濃度の対にしたテーブ
ルデータを書き込んだものであり、操作パネル600に設
けた濃度選択用ボタンによって選択するものである。Ｌ
ＵＴ320は検出した濃度データを逆転したものを得るた
めのＰＷＭ−濃度を対にしたテーブルデータを書き込ん
であり、ＰＷＭレベルを示す記録信号を書き込みユニッ
ト400或いはＲＡＭ330に送出する。

【００１８】ＲＡＭ330は予め下記のバックアップ用の
補正カーブを書き込んだものである。この補正カーブは
環境変動による現像剤や感光体の特性変化を加味して作
成した共通のものや、各環境毎にコピー枚数等による経
時劣化を加味して複数本用意してもよい。かかるバック
アップ補正カーブの読み出しは、画像濃度センサＤＳ₁
からの出力異常を検知した場合に読み出したり、操作パ
ネル600からの操作により選択的に読み出すことができ
るものである。ここで出力異常というのは、例えばＰＷ
Ｍレベルが大きくなっても画像濃度センサＤＳ₁の出力
が低下しないか、一定になる、又は大きくなる、或いは
出力がない場合をいう。

【００１９】ＲＡＭ340は８ビットによる256階調を表現
するテストパッチや常温常湿（例えば20℃、50％）下の
プリンタ特性による最大画像濃度を表す濃度パッチ、更
に中間濃度を示す濃度パッチの何れかを示すテストパッ
チデータを書き込んである。

【００２０】セレクタ350はＭＰＵ500からのセレクト信
号に基づいてＲＡＭ340からのテストパッチ信号Ｓ_G又は
ＬＵＴ320からの濃度信号若しくはＲＡＭ330からの濃度
信号の何れかを選択して出力する。

【００２１】書込みユニット400は、パルス幅変調回路4
10、ＬＤドライバ420、書込み光学系430から構成され、
露光プロセスを行う。

【００２２】パルス幅変調回路410は参照波と所定ビッ
トからなる記録信号をＤ／Ａ変換したアナログ記録信号
とを比較し記録信号のパルス幅変調を行い多値化するも
のである。このようにして得られる変調信号はＬＤドラ
イバ420の駆動信号となる。

【００２３】ＬＤドライバ420は、前記変調信号で半導
体レーザを発振・発光させるものであり、半導体レーザ
の発射光量に比例する信号がフィードバックされ、その
光量が一定になるよう駆動する光量安定手段を有してい
る。これにより半導体レーザを駆動する電流を変更して
潜像電位を調整することができる。また、同期系として
インデックスセンサ439及びインデックス検出回路440を
設けている。この同期系は偏向光学系からの走査開始直
前のレーザビームがミラーＭiを介してインデックスセ
ンサ439に入射すると、インデックスセンサ439が発する
電流をインデックス検出回路440は電流／電圧変換して
インデックス信号として出力する。このインデックス信
号により所定速度で回転するポリゴンミラーの面位置を
検出し、ポリゴンミラーの回転に同期したラスタ走査を
行うことができる。

【００２４】書込み光学系430は、１走査ライン分の記
録信号をパルス幅変調した変調信号によって半導体レー
ザを発振させ、それによって発射するレーザビームを所
定速度で回転するポリゴンミラーで偏向させ、fθレン
ズ及び第１のシリンドリカルレンズ及び第２のシリンド
リカルレンズによって像担持体110上に微小なスポット
に絞ってライン走査（主走査）し、像担持体110の回転
による副走査によってラスタ走査し潜像を形成する。第
１のシリンドリカルレンズ及び第２のシリンドリカルレ
ンズはポリゴンミラーの各ミラー面の面倒れによるスポ
ット位置を補正する光学系であり、fθレンズはポリゴ
ンミラーによる像担持体110上のスポットの走査速度を
全域に亙って一定にするレンズである。なお、上記記録
信号は例えば画像記録信号又はＲＡＭ340から読み出さ
れるテストパッチ信号Ｓ_G若しくはＲＡＭ330の濃度信号
等である。

【００２５】ＭＰＵ500は静電写真プロセスを実行する
プログラムと現像装置130の現像性固定手段を構成する
プログラムを書き込んだＲＡＭ（図示せず）を備え、ま
た、操作パネル600からの各種出力信号を処理する機能
を備えている。更に、記録紙の排出を検出する排紙セン
サＰＳと、定着ローラ161の表面温度を検出するための
温度センサＴｈＳ₁が接続されている。ＭＰＵ500にはま
た、現像装置130の現像スリーブ131をＭＰＵ500の制御
により任意の速度で駆動するスリーブ駆動部131Ｍと、
撹拌スクリュー133Ａ〜133Ｃの駆動・停止の切り換えを
行うソレノイドがドライバ（図示せず）を介して接続さ
れている。

【００２６】ＭＰＵ500は更にプリンタ特性検知手段及
び最大画像濃度換算手段に用いるプログラムを書き込ん
だＲＡＭを備えている。

【００２７】プリンタ特性検知手段は、画像濃度センサ
ＤＳ₁及びＤＳ₂とテストパッチ信号Ｓ_Gを書き込んだＲ
ＡＭ340を用い、実際のプリンタ特性及び最大画像濃度
を検出する。このプログラムは最大画像濃度換算手段に
相当するプログラムも含んでいる。

【００２８】画像濃度検出手段に相当するプログラム
は、輝度信号をＡ／Ｄ変換することにより256階調に正
規化した出力電圧に対する画像濃度センサＤＳ₁及びＤ
Ｓ₂の定格最大出力（像担持体110上に何も付着していな
い状態での出力）との比を対数変換した値に像担持体11
0の濃度と記録紙の濃度との相違を考慮した値を加えた
信号を得るものであり、像担持体110上に顕像化した複
数列のテストパッチ像から得られる輝度信号に所定の処
理を施して平均した値を算出する（特開平1-41375号公
報参照）。これにより、ＭＰＵ500は像担持体110の振動
に起因する検出誤差を除去したプリンタ特性及び最大画
像濃度を検知できることになる。

【００２９】ＭＰＵ500は、透磁率センサＴＳからの信
号により現像性に関係なく現像剤のトナー濃度を一定に
制御する機能を有し、現像スリーブ131の回転数を可変
することにより、現像性を所定値に選択できる。

【００３０】現像剤のトナー濃度制御手段は、現像装置
130内に装填した現像剤の透磁率を透磁率センサＴＳで
検出し、これによりトナー補給ユニット（図示せず）を
駆動してトナーを現像装置130に補給することにより現
像剤のトナー濃度をほぼ一定に制御するものである。

【００３１】現像性固定手段を構成するプログラムは、
現像スリーブ131の回転数を制御することにより、像担
持体110の感光層の感光特性を補正した現像性を得るよ
うにするものであり、現像性と密接に関係する現像剤の
トナー濃度を一定に制御しておき、現像スリーブ131の
回転数を制御して像担持体110表面の現像領域に搬送す
る現像剤の量を変化させて最大画像濃度を調整する。

【００３２】なお、本実施例においては、単一のＭＰＵ
500で上述した各種のプログラムを起動するように説明
したが、これに限定されるものでなく、２つ以上のＭＰ
Ｕを用いて並列処理するようにしてもよい。

【００３３】操作パネル600は例えばタッチディスプレ
イからなり、コピー倍率、コピー枚数、コピー開始等を
指令するものであり、操作した内容を表示するようにし
てある。

【００３４】像担持体110は例えばアルミニウム等から
なる導電基材の表面に例えば（−）帯電の塗布型ＯＰＣ
からなる感光層を形成したもので、導電基材は接地して
ある。像担持体110は280mm／secの線速度で矢示方向に
回転するドラム状の感光体であり、像担持体110の回転
軸に位相を検出するためのエンコーダ115を設けてあっ
て像担持体110の位相を示す位相信号をＭＰＵ500に送出
する。

【００３５】像担持体110の周縁部には後述する帯電器1
20、現像装置130、転写器143、分離器144、クリーニン
グユニット150を設け、更に給紙トレイ、レジストロー
ラ142、搬送ベルト145等からなる給紙系を備えている。

【００３６】帯電器120は例えばスコロトロン帯電器か
らなり、像担持体110を一様に帯電する。

【００３７】現像装置130はスリーブ駆動部131Ｍによっ
て駆動される現像剤担持体である現像スリーブ131、現
像剤を撹拌する撹拌スクリュー133Ａ，133Ｂ，133Ｃ等
を有し、撹拌スクリュー133Ａ，133Ｂ，133Ｃは例えば1
20rpmで回転することにより現像剤を撹拌した後回転す
る現像スリーブ131の外周に現像剤を付着させて磁気ブ
ラシを形成し、現像スリーブ131には所定のバイアス電
圧が印加されて、像担持体110の現像領域の潜像を上記
磁気ブラシにより現像してトナー像に顕像化する。

【００３８】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キャリアからなり、トナー濃度
４〜６％にした２成分現像剤が用いられる。

【００３９】転写器143は、像担持体110上に静電的に担
持したトナー像に記録紙を重ね、記録紙の裏側から電荷
を注入することにより、記録紙上にトナー像を静電的に
転写するもので、スコロトロン帯電器であることが好ま
しいが、コロトロン帯電器或いは帯電ローラも使用でき
る。

【００４０】分離器144は、像担持体110に静電的に吸着
した記録紙を除電することにより、記録紙を像担持体11
0より分離するもので、スコロトロン帯電器、コロトロ
ン帯電器或いは帯電ローラ等が用いられる。

【００４１】クリーニングユニット150は、ブレード等
を像担持体110表面に接触させ、トナー像の転写を終わ
った像担持体110の表面に付着したトナー及び粉塵を掻
き落として廃トナーボックスに収容する。

【００４２】定着ユニット160は、熱若しくは熱及び圧
力をトナー像を担持した記録紙に加えることにより、ト
ナー像を記録紙上に永久に固定するユニットであり、一
対の定着用回転体である加熱ローラ161及び加圧ローラ1
62を備えている。

【００４３】加熱ローラ161及び加圧ローラ162の内側芯
部にはハロゲンランプ等からなる加熱ヒータが設けられ
ている。なお、加圧ローラ162の加熱ヒータは設けられ
ないこともある。加熱ローラ161の周囲温度はサーミス
タなどからなる温度センサＴｈＳ₁により検知され、こ
の検知信号はＭＰＵ500に送出される。この検知信号に
基づいてＭＰＵ500は加熱ローラ161の加熱ヒータの通電
を制御して加熱ローラ161の周囲温度を所定の温度範囲
内に保持する。加圧ローラ162は図示しないバネなどの
付勢部材によって加熱ローラ161に圧接されるようにな
っている。加熱ローラ161は図上時計方向に回転し、加
圧ローラ162は加熱ローラ161に圧接して従動回転する。

【００４４】排紙センサＰＳは定着ユニット160の排紙
側の経路に設けられ、記録紙の後端を検出した検知信号
をＭＰＵ500に送出し、排出される記録紙の枚数（コピ
ー枚数）を計数する。

【００４５】図１は転写器143の像担持体110の回転の上
流側に設けられた画像濃度センサＤＳ₁の構成を示す平
面図及び側面図、図２はクリーニングユニット150の像
担持体110の回転の上流側に設けられた画像濃度センサ
ＤＳ₂を示す図で、像担持体110上のトナー像の濃度検出
用の画像濃度センサＤＳ₁及びＤＳ₂の構成を示す平面図
及び側面図である。図において、ＬＥＤ₁，ＬＥＤ₂及び
ＬＥＤ₃は発光素子である発光ダイオード、ＰＴ₁及びＰ
Ｔ₂は受光素子であるホトトランジスタ、ＢＰは基板、
ＣＫはケーシング、ＬＷは発光窓、ＰＷは受光窓、ＤＦ
は防塵板を兼ねて発光窓ＬＷ及び受光窓ＰＷ部分を覆う
ように設けた拡散部材であるシート状の拡散フィルム、
ＳＫは電気関係接続用のソケット、531はケーシングＣ
Ｋを基板ＢＰに固定するための止めネジである。

【００４６】図１に示す画像濃度センサＤＳ₁は、発光
ダドイオードＬＥＤ₁の中心軸が像担持体110上の被検知
面の中心に対し垂直になるように、またホトトランジス
タＰＴ₁の中心軸は被検知面中心から例えば40°になる
ように２個の穴をケーシングＣＫに穿設し、この穴に発
光ダドイオードＬＥＤ₁及びホトトランジスタＰＴ₁を嵌
入したもので、このタイプの画像濃度センサは被検知面
からの拡散反射光のみを受光して反射濃度を検出するも
のであり、低濃度から高濃度までの出力がほぼリニアに
なり階調性の補正用（γ補正用）に適している。

【００４７】図２に示す画像濃度センサＤＳ₂の基本構
成は図１の画像濃度センサＤＳ₁とほぼ同一である。た
だし、ケーシングＣＫには、発光ダドイオードＬＥＤ₂
の中心軸とホトトランジスタＰＴ₂の中心軸が像担持体1
10上の被検知面の中心を含む面内にあって被検知面中心
に立つ法線に対し互いに例えば40°になるように２個の
穴をケーシングＣＫに穿設し、この穴に発光ダドイオー
ドＬＥＤ₂及びホトトランジスタＰＴ₂を嵌入したもの
で、このタイプの画像濃度センサは被検知面からの拡散
光の他に直接反射光をも受光して反射濃度を検出するも
のであり、所定濃度近傍の分解能を高くすることができ
るので最大画像濃度を決定するものに適している。なお
この画像濃度センサＤＳ₂には、更に中心軸が被検知面
中心に垂直になるように設けた発光ダイオードＬＥＤ₃
を有し、この発光ダイオードＬＥＤ₃と前記ホトトラン
ジスタＰＴ₂とによって記録紙が像担持体110から分離せ
ず巻き付いた場合のジャム発生時の反射率増加を検出し
て、１個のセンサで最大濃度検出とジャム検出の２つの
機能を有するようになっている。

【００４８】図１に示す画像濃度センサＤＳ₁の発光ダ
イオードＬＥＤ₁，ＬＥＤ₂及びＬＥＤ₃の発光窓ＬＷ及
びホトトランジスタＰＴ₁及びＰＴ₂の受光窓ＰＷを覆う
ように設けた拡散部材である拡散フィルムＤＦには例え
ば株式会社きもと製の粘着剤付き光拡散フィルムMTN-W4
が使用される。この拡散フィルムの構成は図５に示すよ
うに、ポリエステルフィルムＤＦ2の片面に表面光拡散
層ＤＦ1が設けられ、他の面には粘着層ＤＦ3が設けら
れ、更に使用前の粘着を防ぐため粘着層ＤＦ3側にはセ
パレーターＳＬが設けられている。光拡散フィルムMTN-
W4（透過率86％）は従来の画像濃度センサＤＳに用いら
れた株式会社三菱レーヨン製のN-610厚さ２mm（透過率8
8％）とほぼ同等の拡散性を有し、しかも厚さが120μm
と薄いものである。このように厚さが薄いので、発光ダ
イオードＬＥＤの発射する光が拡散フィルムＤＦ内で拡
散した光は直接ホトトランジスタＰＴに到達することな
く、多数回拡散・反射を繰り返して大部分が吸収された
後にホトトランジスタＰＴに到達するので、その光量は
無視できるほど微小なものとなる。

【００４９】更に、上記拡散フィルムＤＦを使用する画
像濃度センサＤＳ₁，ＤＳ₂では従来の改良型画像濃度セ
ンサＤＳ₄のように拡散板ＤＰの分割又は溝加工や遮光
板ＳＰの用意又はケーシングＣＫの隔壁ＣＫＡの形成等
の部品追加や加工を必要とせず、組み立て時にはケーシ
ングＣＫに発光ダイオードＬＥＤ及びホトトランジスタ
ＰＴを嵌入した後、拡散フィルムＤＦの粘着層ＤＦ3面
をケーシングＣＫに押圧して粘着させるだけで組み立て
を完了できるので、組み立て工数を大幅に低減すること
ができる。

【００５０】図６は上記画像濃度検出装置の画像濃度セ
ンサＤＳ₁及びＤＳ₂の拡散フィルムＤＦの上を黒紙で覆
い、発光ダイオードＬＥＤ₁、又はＬＥＤ₂の消灯、点
灯、消灯を繰り返した時のホトトランジスタＰＴ₁、又
はＰＴ₂の出力を次に述べる濃度検出回路520を経た後の
値をセンサ出力として縦軸にとった場合のグラフであ
る。図６に示すように発光ダイオードＬＥＤの消灯、点
灯に関係なくセンサ出力は一定で微小な値（0.02Ｖ）と
なり、拡散フィルムＤＦ内の拡散光が悪影響を及ぼすこ
とのないことが分かる。なお、本実施例では、発光ダイ
オードＬＥＤには鹿児島松下電子株式会社製発光ダドイ
オードＬＮ66を、ホトトランジスタＰＴには鹿児島松下
電子株式会社製ホトトランジスタＰＮ101を用いた。

【００５１】図４は本実施例の画像濃度検出装置の濃度
検出回路520の一例を示す回路図である。発光ダイオー
ドＬＥＤ₁のアノード端子Ｔには最大出力10（Ｖ）の可
変直流電源Ｖ_refが接続され発光ダイオードＬＥＤ₁の放
射光量を変化させることができる。発光ダイオードＬＥ
Ｄ₁は電流制御用の抵抗素子Ｒ₁₀及び半固定抵抗素子Ｖ
Ｒ₃と直列に接続されていて、半固定抵抗素子ＶＲ₃によ
って発光ダイオードＬＥＤ₁の抵抗値のバラツキを調節
した後固定できるようになっている。発光ダイオードＬ
ＥＤ₁は端子Ｔ₆を接地すると点灯する。また発光ダイオ
ードＬＥＤ₂及びＬＥＤ₃のアノードは端子Ｔ₄に接続し
直流電源から12（Ｖ）の電圧が印加され、端子Ｔ₇が接
地されると発光ダイオードＬＥＤ₂が点灯し、端子Ｔ₈が
接地されると発光ダイオードＬＥＤ₃が点灯する。

【００５２】ホトトランジスタＰＴ₁のカソードは負荷
抵抗素子Ｒ₈，Ｒ₉を介してＧＮＤ端子Ｔ₉に接続し接地
され、ホトトランジスタＰＴ₂のカソードは負荷抵抗素
子Ｒ₂，Ｒ₆を介してＧＮＤ端子Ｔ₉に接続し接地されて
いる。ホトトランジスタＰＴ₁及びホトトランジスタＰ
Ｔ₂のアノードは端子Ｔ₄に接続し直流電源から12（Ｖ）
の電圧が印加されている。

【００５３】階調性補正用（γ補正用）のテストパッチ
像の濃度検出を行う場合は、ＭＰＵ500の制御により端
子Ｔ₆が接地されると発光ダイオードＬＥＤ₁が点灯し、
その光で照射された像担持体110上のテストパッチ像か
らの反射光を受光するホトトランジスタＰＴ₁の出力電
流は反射光の強さに応じて変化し、負荷抵抗素子Ｒ₉の
両端にはホトトランジスタＰＴ₁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ＩＣ₁と固定抵抗
素子Ｒ₁₁，Ｒ₁₂とからなる出力検出回路の（＋）入力端
子に入力され増幅されて階調性補正用（γ補正用）の信
号となり出力端子Ｔ₁から出力する。

【００５４】最大濃度補正用のテストパッチ像の濃度検
出を行う場合は、ＭＰＵ500の制御により端子Ｔ₇が接地
されると発光ダイオードＬＥＤ₂が点灯し、その光で照
射された像担持体110上のテストパッチ像からの反射光
を受光するホトトランジスタＰＴ₂の出力により抵抗素
子Ｒ₂と抵抗素子Ｒ₆との間に生じた電圧が演算増幅器Ｉ
Ｃ₂によって増幅され、最大濃度検出用の信号として出
力端子Ｔ₂より出力される。

【００５５】ジャム検出を行う場合はＭＰＵ500の制御
により、端子Ｔ₈が接地されると発光ダイオードＬＥＤ₃
が点灯し、その光で照射された像担持体110からの反射
光を受光するホトトランジスタＰＴ₂の出力により抵抗
素子Ｒ₂上端に生じた電圧が演算増幅器ＩＣ₃によって増
幅され出力端子Ｔ₃よりジャム検出用の信号として出力
される。Ｃ₁は平滑用コンデンサ、Ｃ₂，Ｃ₃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。

【００５６】以上説明した各種のセンサの出力は電圧変
換回路（図示せず）を介して最大電圧がＭＰＵ500に適
した電圧になるよう揃えられてＭＰＵ500に入力され
る。

【００５７】次に、図３の画像形成装置におけるコピー
画像の最大濃度を常に一定に維持するするための現像ス
リーブ131の回転数（線速）の固定について説明する。

【００５８】コピー開始時のウォーミングアップ中に、
先ず、ＭＰＵ500の制御により可変直流電源Ｖ_refの出力
電圧を０から0.2Ｖずつ上げてゆき画像濃度センサＤＳ₁
の発光ダイオードＬＥＤ₁を発光させ、像担持体110上に
トナーの付着しない状態の濃度を検知しこの時の濃度検
出回路520の出力電圧が例えば９Ｖになるように調整す
る。出力電圧が所定電圧（例えば９Ｖ±0.1Ｖ）になっ
た所で可変直流電源Ｖ_refの出力電圧を固定する。この
出力電圧調整間には像担持体110の回転は行っても行わ
なくてもよいが、像担持体110の劣化防止のためには回
転させるのがよい。これにより画像濃度センサＤＳ₁の
汚れや性能劣化による出力変化は補正される。この後Ｍ
ＰＵ500は最大濃度補正及び階調補正を行う。

【００５９】最大濃度補正は次のようにしてなされる。
像担持体110上にトナーがない状態でＭＰＵ500の制御に
より、前記画像形成と同様に像担持体110は帯電され
る。ＭＰＵ500は画像処理部300のセレクタ350にセレク
ト信号を送り、書込みユニット400には最大濃度補正用
パッチ像のテストパターンＳ_G信号が送出される。これ
により像担持体110上には図７（ａ）に示すようなほぼ3
0mm×20mmの複数の最大濃度補正用テストパッチの潜像
ｐ₁，ｐ₂・・・・ｐ_nが副走査方向に約２mm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ＰＷＭ255で行われる。ＭＰＵ500
は前記エンコーダ115からの位相信号によって像担持体1
10の位相を検知した後に上記潜像と同期した位置で現像
装置130を駆動し反転現像する。この現像時の現像装置1
30の現像スリーブ131の回転数は、現像スリーブ131を駆
動するスリーブ駆動部131ＭをＭＰＵ500が制御して、図
７（ｂ）（展開図）に示すようにそれぞれのテストパッ
チ潜像毎に変えられて現像され顕像化される。現像スリ
ーブ131の回転数は例えば100rpmから25rpm毎に450rpmま
で上昇される。こうしてテストパッチの潜像ｐ₁，ｐ₂・
・・・ｐ_nは濃度の異なる複数のテストパッチ像ｐ_1A，
ｐ_2A・・・・ｐ_nAとなる。この最大濃度補正用テストパ
ッチ像は退避した転写器143、分離器144の位置を通過
し、クリーニングユニット150の像担持体110回転の上流
側に設けられた画像濃度センサＤＳ₂の発光ダイオード
ＬＥＤ_２が点灯されることによってその反射光量が検出
され、図４に示した濃度検出回路５２０によって増幅さ
れた後パッチ濃度データとしてＭＰＵ500に順次送出さ
れる。この後テストパッチ像ｐ_1A〜ｐ_32Aはクリーニン
グユニット150によってクリーニングされる。

【００６０】上記ＭＰＵ500に入力される増幅後の画像
濃度センサＤＳ₂の出力は図８に示すグラフとなる。こ
のうち例えば画像濃度1.35に相当する電圧Ｖ_sr（破線）
以下に始めて下がった時のテストパッチ像の現像スリー
ブ131の回転数（線速）を検出し、この回転数を内蔵し
たＲＡＭに記憶する。以後の画像形成時にはこの回転数
（線速）を用いるようスリーブ駆動部131Ｍに指定信号
を送出して現像スリーブ131の回転数（線速）の固定を
行う。これにより環境条件の変化や像担持体110の感光
層の劣化等によって生じるコピー画像の最大濃度の変化
が補正される。通常最大規定濃度は1.4 に設定される。
これは濃度1.35以上であればコピー画像の品位は十分で
あるからである。この最大濃度の補正は現像剤のトナー
濃度（混合比）の変更や現像スリーブ131上の現像剤の
搬送量を変更することによってもできるが、現像スリー
ブ131の回転数変更による方法が現像スリーブ131上の現
像剤を過大にすることがないので、トナー汚れやカブリ
を発生させない点で優れている。

【００６１】以上のようにしてコピー画像の最大濃度が
規定濃度に補正された後、階調性の補正がなされる。階
調補正は前記と同様、像担持体110上にトナーがない状
態でＭＰＵ500の制御により、前記画像形成と同様に像
担持体110は帯電され、書込みユニット400には画像処理
部300から階調補正用のテストパターン信号が書込みユ
ニット20の半導体レーザに送出される。このテストパタ
ーンは例えば８ビットのディジタル信号の０〜255の256
レベルが使用される場合、８レベル飛びのＰＷＭ信号が
書込みユニット400の半導体レーザに送出され、像担持
体110上には図８に示すようなほぼ30mm×20mmの複数の
テストパッチの潜像が副走査方向に約２mmおきに書込ま
れる。この潜像は前記現像スリーブ131の回転数を固定
された現像装置130によって反転現像され濃度の異なる
複数の階調補正用のテストパッチ像ｐ_{0 B}，ｐ_1B，ｐ_2b・
・・・ｐ_nB・・・・ｐ_32Bとなり，ＭＰＵ500の制御によ
って発光ダイオードＬＥＤ₁が点灯された転写器144の像
担持体110の回転の上流側に設置された画像濃度センサ
ＤＳ₁によってその反射光量が検出される。検出された
一連の濃度データは階調補正データとしてＭＰＵ500に
送出される。テストパッチ像ｐ_0B〜ｐ_32Bは退避した転
写器143及び分離器144の位置を通過しクリーニングユニ
ット150によってクリーニングされる。

【００６２】ここでテストパッチ像の反射光量検出した
出力値からパッチ像の濃度に換算する方法について説明
する。

【００６３】上記階調補正用に８レベル飛びのＰＷＭ信
号を書込みユニット400の半導体レーザに送出して形成
した潜像を、現像スリーブ131の回転数を固定された現
像装置130によって反転現像されたパッチ像ｐ_0B，
ｐ_1B，ｐ_2b・・・・ｐ_nB・・・・ｐ_32Bの濃度検出回路5
20の端子Ｔ₁より出力する電圧をＶ₀，Ｖ₈，Ｖ₁₆，Ｖ₂₄
・・・・Ｖn・・・・Ｖ₂₅₅とするとき、それぞれの仮の
濃度をＤ_Pnとすると Ｄ_P0＝−logＶ₀／Ｖ₀ Ｄ_P1＝−logＶ₈／Ｖ₀ Ｄ_P2＝−logＶ₁₆／Ｖ₀ Ｄ_Pn＝−logＶn／Ｖ₀ としてＤ_Pnを求め、 Ｄ_P32＝−logＶ₂₅₅／Ｖ₀ を前記最大濃度である1.4になるよう正規化する。ま
た、代表的な記録紙の白地の濃度が0.08であるから全て
のＤ_Pnに0.08を加える。このようにすることによって記
録紙上に定着したパッチ像の濃度に換算される。

【００６４】ＭＰＵ500の制御により上記階調補正デー
タは補間されて連続したプリンタ特性となる。補間の方
法は直線スプライン、ラグランジュ、最小自乗法等の補
間方法が利用できる。ここでは３次スプライン関数によ
る補間を行った（教育出版：スプライン関数とその応用
参照）。

【００６５】なお、前記テストパッチ像は、プリンタ特
性を直接得たいので像担持体110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。

【００６６】以上のようにして前記画像濃度検出装置を
有する図３の画像形成装置では定着ユニット160のウォ
ーミングアップ期間中にコピー画像の最大濃度が規定濃
度に補正された後、続いて階調性の補正が行われる。

【００６７】しかし、その後のコピー中では階調性の補
正は特に行わない。その理由は、実験を重ねた結果、最
初に最大濃度と階調性の補正を行い、数10回或いは数百
回のコピー毎に最大濃度の補正を行うと階調性は殆ど変
化しないことを発見したからである。

【００６８】上記最大濃度補正及び階調補正の動作は約
20秒を要するので、50コピー毎に最大濃度補正のみを行
うようにすることは、１コピー動作又は50コピー動作毎
に最大濃度及び階調補正を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。

【００６９】反転現像系を有する画像形成装置のコピー
を連続して行う際のコピー画像の画像濃度が低下する原
因は （ａ）現像性能の低下 （ｂ）感光体露光部電位の上昇 の２つがある。

【００７０】一般に原因（ｂ）の割合が少なく、原因
（ａ）の割合が大きい。原因(ａ)の場合は、現像剤担持
体（現像スリーブ131）の線速を変更することで現像性
を劣化前と同等に戻すことができる。原因（ｂ）の割合
が少ないため階調補正カーブの大きなズレは発生しな
い。従って、現像スリーブ131の線速を所定コピー枚数
毎に変更して最大濃度の補正を行うのみで階調性も初期
状態と同等の状態に保持することができる。

【００７１】図10は前記本発明の画像濃度検出装置を備
えた画像形成装置と、従来の改良型の画像濃度センサを
有する画像濃度検出装置を備えた画像形成装置で、何れ
も表１に示す像形成条件を有する画像形成装置を用い、
（定着ユニット160のウォーミングアップ期間中に前記
現像スリーブ131の線速固定と階調補正を行った後
に）、レーザ書込み装置に入力するＰＷＭ信号とテスト
パッチ像の本発明の画像濃度検出装置及び従来の改良型
の画像濃度検出装置を用いて検知した値から換算した画
像濃度、及びＰＷＭ信号と図３の画像形成装置によって
得られる定着画像の濃度の関係を示すグラフである。

【００７２】また下表に示すのは実施例の画像形成条件
である。

【００７３】

【表１】

【００７４】その結果、図10に示すように従来の改良型
の画像濃度検出装置を備えた画像形成装置と、本発明の
画像濃度検出装置を備えた画像形成装置とは全く同等の
結果が得られ良好であり、かつコピー定着画像の画像濃
度とも一致することが確認された。

【００７５】以上の実施例は２成分現像剤を使用する現
像装置を有する画像形成装置について説明したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、１成分現像剤を使
用する現像装置を有する電子写真式のプリンタ等にも適
用することができる（この場合は透磁率センサＴＳは廃
止することができる）。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の画像濃度検
出装置では、画像濃度センサの拡散部材が、発光素子の
発光窓及び受光素子の受光窓部分を覆うように設けられ
たシート状の拡散フィルムであるので、従来の装置のよ
うに遮光部材或いは隔壁を設ける必要がなく、拡散部材
内に生じる拡散光の受光部への到達を防止することがで
きる。更に粘着層を有する拡散フィルムを使用する時は
画像濃度センサの部品点数を低減し、組み立てが極めて
容易となり、従来の画像濃度検出装置に比べ生産性を格
段に向上させ製造コストの低減を図ることができる等の
効果があり、また本発明の画像濃度検出装置を備えた画
像形成装置では、常に適正な最大画像濃度と階調性を有
するコピー画像を得ることができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像濃度検出装置の画像濃度センサの
一例を示す平面図及び側面図である。

【図２】本発明の画像濃度センサの他の例を示す平面図
及び側面図である。

【図３】本発明の画像濃度検出装置を備えた画像形成装
置の一例を示すブロック図である。

【図４】画像濃度検出装置の濃度検出回路の一例を示す
回路図である。

【図５】拡散フィルムの構成を示す断面図である。

【図６】本発明の画像濃度センサの遮光性テスト結果を
示すグラフである。

【図７】最大濃度補正用のテストパッチ像を示す斜視図
及び拡大展開図である。

【図８】最大濃度補正時の濃度検出回路の出力を示すグ
ラフである。

【図９】階調補正用のテストパッチ像を示す展開図であ
る。

【図１０】ＰＷＭ信号とテストパッチ像の検知画像濃度
及びＰＷＭ信号と本発明の画像濃度検出装置を備えた画
像形成装置によって得られるコピー定着画像の濃度の関
係を示すグラフである。

【図１１】従来の画像濃度センサの構成を示す断面図で
ある。

【図１２】従来の改良型の画像濃度センサの構成を示す
断面図である。

【図１３】従来の画像濃度センサの遮光性テスト結果を
示すグラフである。

【図１４】従来の改良型の画像濃度センサの遮光性テス
ト結果を示すグラフである。

【符号の説明】

110 像担持体 130 現像装置 131 現像スリーブ（現像剤担持体） 131Ｍ スリーブ駆動部 300 画像処理部 400 書込みユニット 500 ＭＰＵ 520 濃度検出回路 ＤＳ₁，ＤＳ₂ 画像濃度センサ ＤＦ 拡散フィルム(シート状の拡散部材) ＤＰ 拡散板(拡散部材) ＣＫ ケーシング ＬＥＤ，ＬＥＤ₁，ＬＥＤ₂，ＬＥＤ₃ 発光ダイオード
（発光素子） ＬＷ 発光窓 ＰＴ，ＰＴ₁，ＰＴ₂ ホトトランジスタ（受光素子） ｐ₁，ｐ₂・・・・ｐ_n テストパッチ潜像 ｐ_1A，ｐ_2A・・・・ｐ_nA テストパッチ像 ＰＷ 受光窓

───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者 秋田 宏 東京都八王子市石川町2970番地コニカ株 式会社内 審査官 下村 輝秋 (56)参考文献 特開 平５−249787（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−155674（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−82776（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−73336（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−198973（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−48853（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/00 303 G03G 21/00 370 - 540 G03G 15/08 - 15/08 507 G01N 21/17 - 21/61

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも発光素子と、受光素子と、前
   記発光素子の発光窓及び前記受光素子の受光窓部分に設
   けた拡散部材と、から成る画像濃度センサを有する画像
   濃度検出装置において、前記拡散部材が、前記発光素子
   の発光窓及び前記受光素子の受光窓部分を覆うように設
   けられたシート状の拡散フィルムであることを特徴とす
   る画像濃度検出装置。
2. 【請求項２】 前記シート状の拡散フィルムには粘着層
   が設けられていることを特徴とする請求項１の画像濃度
   検出装置。