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JP4403724B2 - Image forming apparatus and toner adhesion amount detection method - Google Patents
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JP4403724B2 - Image forming apparatus and toner adhesion amount detection method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、像担持体表面に光を照射するとともに、該表面から出射される光を検出し、その検出結果に基づき像担持体上のトナー付着量を求める画像形成装置およびそのトナー付着量検出方法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、必要に応じて、所定の画像パターンを有するテスト用の小画像(パッチ画像)を形成するとともにそのパッチ画像を構成するトナー量を測定し、その測定結果に基づいて各種の画像形成条件を調整することで、所定の画像濃度を安定して得られるようにしている。
【0003】
例えば、本願出願人が先に提案した画像形成装置では、次のようにしてパッチ画像のトナー付着量を求めている(特許文献1参照)。すなわち、像担持体に光を照射するとともに、その反射光をp偏光およびs偏光に分割してそれぞれの光量を検出し、それらの光量比に基づいて像担持体上のトナー付着量を求めている。
【0004】
このように、像担持体からの出射光に含まれる複数の光成分を個別に検出し、それらの検出結果を用いることで、ノイズの影響や像担持体への照射光量の変動の影響を受け難く、高精度なトナー付着量測定が可能となる。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−116614号公報(図1)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
像担持体からの出射光に含まれる複数の光成分を個別に検出する技術においては、検出される光量のレベルやその変化量は各光成分毎に相違している。そのため、各光成分の光量検出値のダイナミックレンジはまちまちである。また、各光成分の光量検出値にはそれぞれ測定誤差が不可避的に含まれる。
【0007】
上記した従来技術のように、複数の光成分の光量検出値に基づいてトナー付着量を算出する場合、このようなダイナミックレンジの相違や測定誤差に起因して、精度が低下したり、演算結果が異常となるなど、トナー付着量の算出に支障を来たす場合があった。
【0008】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、複数の光成分の光量検出値に基づいて、トナー付着量を適切に求めることのできる技術を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる画像形成装置は、上記目的を達成するため、像担持体の表面に向けて光を照射する照射手段と、前記像担持体から出射される出射光に含まれる光成分のうち互いに異なる第1および第2光成分をそれぞれ受光し、それぞれの受光量に応じた第1および第2出力信号をそれぞれ出力する光量検出手段と、前記第1および前記第2出力信号のうち一方の信号レベルと、前記第1および前記第2出力信号のうち他方の信号レベルに所定の重み付け係数を乗じた値とに基づいて、前記像担持体上に付着したトナー付着量を求める制御手段とを備え、前記像担持体はトナー像を一時的に担持する中間転写体であり、前記光量検出手段は、前記像担持体からの反射光の光路上に設けられたビームスプリッターを有し、該ビームスプリッターにより分割された前記第1および第2光成分としてのp偏光成分およびs偏光成分をそれぞれ受光して前記第1および第2出力信号を出力し、
前記制御手段は、前記第1および前記第2出力信号のうち一方の信号レベルと、前記第1および前記第2出力信号のうち他方の信号レベルに所定の重み付け係数を乗じた値との差分に基づいて、前記像担持体上に付着したトナー付着量を求め、前記重み付け係数が、前記像担持体上のトナー付着量が予め定められた最大トナー付着量であるときに前記差分がゼロとなる一方、前記像担持体上のトナー付着量が少ないほど前記差分が大きくなるように設定されていることを特徴としている。
【0010】
このように構成された発明では、像担持体としての中間転写体からの反射光路上における出射光に含まれる2つの光成分(p偏光成分、s偏光成分)のうち一方の光量検出結果と、他方の光量検出結果に所定の重み付けを施した値との差分に基づいてトナー付着量を求めるので、両成分の光量変化のダイナミックレンジが相違している場合でも精度よく像担持体上のトナー付着量を求めることができる。
【0012】
この場合、例えば、前記重み付け係数を、前記像担持体上のトナー付着量が予め定められた最大トナー付着量であるときに前記差分がゼロとなる一方、前記像担持体上のトナー付着量が少ないほど前記差分が大きくなるように設定することができる。こうすることで、前記差分とトナー付着量とが1対1の対応となり、この差分の値から一義的にトナー付着量を求めることができる。また、前記差分はゼロ以上の値となるので演算が容易である。
【0013】
この「最大トナー付着量」とは、装置の仕様上必要十分な高濃度画像が得られるようなトナー付着量である。つまり、トナー付着量と画像濃度との対応関係において、これ以上の高濃度画像は必要ないと判断される画像濃度に対応したトナー付着量、または、これ以上トナー付着量を多くしても画像濃度の変化はほとんどないと判断されるトナー付着量である。
【0014】
なお、このとき、前記制御手段は、前記差分が負の値であるときには、前記像担持体上のトナー付着量が前記最大トナー付着量であると判定することができる。というのは、この値が負になるのは、実際のトナー付着量が上記最大トナー付着量を超過した場合や、本来差分はゼロまたはこれに近い正の値となるはずであったが測定誤差や差分を求める過程での誤差により計算上、負となってしまった場合であり、いずれの場合でも必要十分な量のトナーが付着していると判断してよいからである。こうすることで、トナー付着量が大きい領域での演算処理が容易となり処理の効率化を図ることができる。
【0015】
また、前記光量検出手段は、前記第1光成分の受光量と、当該第1光成分の光量変化のダイナミックレンジに対応して予め設定された第1のゲイン係数とを乗じた値を前記第1出力信号として出力するとともに、前記第2光成分の受光量と、当該第2光成分の光量変化のダイナミックレンジに対応して予め設定された第2のゲイン係数とを乗じた値を前記第2出力信号として出力するようにしてもよい。
【0016】
すなわち、2つの光成分の光量検出結果自体に、それぞれの光成分の光量変化のダイナミックレンジに応じたゲインを与えれば、各光成分に対応した第1および第2出力信号自体のダイナミックレンジを広くすることができる。そのため、2つの光成分の光量変化のダイナミックレンジが大きく相違している場合でも、処理過程におけるノイズ等の影響を受け難くなり、精度よくトナー付着量を求めることが可能となる。
【0017】
なお、各光量のダイナミックレンジは、照射する光量やその波長、トナーの光学的性質や光量検出手段の感度等が既知であれば、これらの値に基づいてその概略値を予め予測することができる値である。
【0018】
この場合、前記重み付け係数が、前記第1および第2ゲイン係数の比に対応して設定されているのが好ましい。例えば、光量検出手段が一方の光量検出結果に他方より大きなゲインを与えて出力している場合には、このゲイン比をキャンセルするように重み付け係数を定めれば、ノイズ等の影響を抑えて広いダイナミックレンジで光量検出を行い、しかも、演算の過程では本来の光量差を用いてトナー付着量を求めることができる。
【0019】
なお、この発明は、前記照射手段が単一偏光成分を有する光を前記像担持体に向けて照射するように構成される一方、前記光量検出手段が、前記像担持体から出射される出射光のうち前記照射手段から照射される光と同一の偏光成分を前記第1光成分として受光し、前記照射手段から照射される光とは異なる偏光成分を前記第2光成分として受光するように構成された装置に好適である。というのは、このような装置では、出射光に含まれる2つの光成分のうち、照射光と同一の偏光成分である第1光成分と、これとは異なる偏光成分である第2光成分とでは検出される光量に大きな差があり、ダイナミックレンジの差も大きいからである。
【0020】
また、この発明にかかるトナー付着量検出方法は、上記目的を達成するため、像担持体としての中間転写体の表面に向けて光を照射するとともに、前記像担持体からの反射光の光路上で、前記像担持体から出射される出射光をビームスプリッターにより互いに異なる第1および第2光成分としてのp偏光成分およびs偏光成分に分割してそれぞれの光量を検出し、それぞれの光量に応じた第1および第2出力信号を生成し、前記第1および前記第2出力信号のうち一方の信号レベルと、前記第1および前記第2出力信号のうち他方の信号レベルに所定の重み付け係数を乗じた値との差分に基づいて、前記像担持体上に付着したトナー付着量を求め、前記重み付け係数を、前記像担持体上のトナー付着量が予め定められた最大トナー付着量であるときに前記差分がゼロとなる一方、前記像担持体上のトナー付着量が少ないほど前記差分が大きくなるように設定していることを特徴としている。
【0021】
このように構成された発明では、上記した画像形成装置と同様に、2つの光成分の光量検出結果に基づき、像担持体上のトナー付着量を適切に求めることができる。
【0022】
【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。また、図2は図1の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この装置1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(現像剤)を重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック(K)のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する画像形成装置である。この画像形成装置1では、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号がメインコントローラ11に与えられると、このメインコントローラ11からの指令に応じてエンジンコントローラ10に設けられたCPU101がエンジン部EG各部を制御して所定の画像形成動作を実行し、シートSに画像信号に対応する画像を形成する。
【0023】
このエンジン部EGでは、感光体22が図1の矢印方向D1に回転自在に設けられている。また、この感光体22の周りにその回転方向D1に沿って、帯電ユニット23、ロータリー現像ユニット4およびクリーニング部25がそれぞれ配置されている。帯電ユニット23は所定の帯電バイアスを印加されており、感光体22の外周面を所定の表面電位に均一に帯電させる。クリーニング部25は一次転写後に感光体22の表面に残留付着したトナーを除去し、内部に設けられた廃トナータンクに回収する。これらの感光体22、帯電ユニット23およびクリーニング部25は一体的に感光体カートリッジ2を構成しており、この感光体カートリッジ2は一体として装置1本体に対し着脱自在となっている。
【0024】
そして、この帯電ユニット23によって帯電された感光体22の外周面に向けて露光ユニット6から光ビームLが照射される。この露光ユニット6は、外部装置から与えられた画像信号に応じて光ビームLを感光体22上に露光して画像信号に対応する静電潜像を形成する。
【0025】
こうして形成された静電潜像は現像ユニット4によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では、現像ユニット4は、図1紙面に直交する回転軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム40、支持フレーム40に対して着脱自在のカートリッジとして構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵するイエロー用の現像器4Y、シアン用の現像器4C、マゼンタ用の現像器4M、およびブラック用の現像器4Kを備えている。この現像ユニット4は、エンジンコントローラ10により制御されている。そして、このエンジンコントローラ10からの制御指令に基づいて、現像ユニット4が回転駆動されるとともにこれらの現像器4Y、4C、4M、4Kが選択的に感光体22と当接してまたは所定のギャップを隔てて対向する所定の現像位置に位置決めされると、当該現像器に設けられて選択された色のトナーを担持する現像ローラ44から感光体22の表面にトナーを付与する。これによって、感光体22上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。
【0026】
上記のようにして現像ユニット4で現像されたトナー像は、一次転写領域TR1で転写ユニット7の中間転写ベルト71上に一次転写される。転写ユニット7は、複数のローラ72〜75に掛け渡された中間転写ベルト71と、ローラ73を回転駆動することで中間転写ベルト71を所定の回転方向D2に回転させる駆動部(図示省略)とを備えている。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22上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト71上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、カセット8から1枚ずつ取り出され搬送経路Fに沿って二次転写領域TR2まで搬送されてくるシートS上にカラー画像を二次転写する。
【0027】
このとき、中間転写ベルト71上の画像をシートS上の所定位置に正しく転写するため、二次転写領域TR2にシートSを送り込むタイミングが管理されている。具体的には、搬送経路F上において二次転写領域TR2の手前側にゲートローラ81が設けられており、中間転写ベルト71の周回移動のタイミングに合わせてゲートローラ81が回転することにより、シートSが所定のタイミングで二次転写領域TR2に送り込まれる。
【0028】
また、こうしてカラー画像が形成されたシートSは定着ユニット9、排出前ローラ82および排出ローラ83を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部89に搬送される。また、シートSの両面に画像を形成する場合には、上記のようにして片面に画像を形成されたシートSの後端部が排出前ローラ82後方の反転位置PRまで搬送されてきた時点で排出ローラ83の回転方向を反転し、これによりシートSは反転搬送経路FRに沿って矢印D3方向に搬送される。そして、ゲートローラ81の手前で再び搬送経路Fに乗せられるが、このとき、二次転写領域TR2において中間転写ベルト71と当接し画像を転写されるシートSの面は、先に画像が転写された面とは反対の面である。このようにして、シートSの両面に画像を形成することができる。
【0029】
また、この装置1では、図2に示すように、メインコントローラ11のCPU111により制御される表示部12を備えている。この表示部12は、例えば液晶ディスプレイにより構成され、CPU111からの制御指令に応じて、ユーザへの操作案内や画像形成動作の進行状況、さらに装置の異常発生やいずれかのユニットの交換時期などを知らせるための所定のメッセージを表示する。
【0030】
なお、図2において、符号113はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース112を介して与えられた画像を記憶するためにメインコントローラ11に設けられた画像メモリである。また、符号106はCPU101が実行する演算プログラムやエンジン部EGを制御するための制御データなどを記憶するためのROM、また符号107はCPU101における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するRAMである。
【0031】
また、ローラ75の近傍には、クリーナ76が配置されている。このクリーナ76は図示を省略する電磁クラッチによってローラ75に対して近接・離間移動可能となっている。そして、ローラ75側に移動した状態でクリーナ76のブレードがローラ75に掛け渡された中間転写ベルト71の表面に当接し、二次転写後に中間転写ベルト71の外周面に残留付着しているトナーを除去する。
【0032】
さらに、ローラ75の近傍には、濃度センサ60が配置されている。この濃度センサ60は、中間転写ベルト71の表面に対向して設けられており、必要に応じ、中間転写ベルト71の外周面に形成されるトナー像の濃度、より詳しくはトナー像を構成するトナー量を測定する。そして、その測定結果に基づき、この装置1では、画像品質に影響を与える装置各部の動作条件、例えば各現像器に与える現像バイアスや、露光ビームLの強度などの調整を行っている。
【0033】
図3は濃度センサの構成を示す図である。この濃度センサ60は、中間転写ベルト71の表面領域のうちローラ75に巻き掛けられた巻き掛け領域71aに光を照射するLEDなどの発光素子601を有している。また、この濃度センサ60には、後述するようにCPU101から与えられる光量制御信号Slcに応じて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。
【0034】
この偏光ビームスプリッター603は、図3に示すように、発光素子601と中間転写ベルト71との間に配置されており、発光素子601から出射される光を中間転写ベルト71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71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の受光素子642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。
【0035】
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、CPU101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71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、CPU101からの出力信号によって、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。
【0036】
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。
【0037】
そして、所定レベルの光量制御信号Slcが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71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71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CPU101に出力される。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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,673sからCPU101に与えられる信号の出力電圧Vp,Vsはプラス側にオフセットされている。
【0041】
図4は受光素子の出力特性の一例を示す図である。濃度センサ60からの照射光はトナーにより吸収・散乱されるため、図4に示すように、照射光と同一の偏光成分であるp偏光成分に対応した受光素子672pの出力電圧は、中間転写ベルトの表面領域71aに付着しているトナー量が増えるにつれて低下する。
【0042】
一方、s偏光成分に対応した受光素子672sの出力電圧は、s偏光成分が照射光の散乱により生じる光成分の一部にすぎないので、受光素子672pの出力に比べてレベルが低く、そのトナー量に対する変化量も小さい。すなわち、s偏光成分については、トナー量変化に対する受光素子672sの出力信号のダイナミックレンジDR1が狭い。また、トナー付着量Tmax付近で、2つの受光素子672p,672sの出力電圧はほぼ同レベルとなる。
【0043】
この実施形態では、アンプ回路673pに対するアンプ回路673sのゲイン比Sgを、Sg=3に設定している。つまり、s偏光成分に対するゲインをp偏光成分に対するゲインの3倍とすることで、図4の点線で示すように受光素子672sのレベルを上げ、ダイナミックレンジをDR2に拡大している。さらに、こうすることで、濃度センサ60から出力される出力電圧Vsのレベルが高くなるので、周辺回路から混入する電気的ノイズの影響を受けにくくすることができる。
【0044】
図3に戻って濃度センサ60の説明を続ける。このように構成された受光ユニット670p,670sにおいては、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、片電源で動作するアンプ回路673p,673sの不感帯(入力電圧がゼロ付近で、入力電圧と出力電圧とが比例しない領域)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。
【0045】
上記のように構成された濃度センサ60を有する画像形成装置1では、次のようにして、中間転写ベルト71上に形成されたトナー像を構成するトナーの付着量を検出することができる。このトナー付着量の検出は、例えば、パッチ画像を形成し、その濃度に基づいて画像形成条件の制御を行うときなど、必要に応じて、CPU101が装置各部を制御して行う。
【0046】
図5はトナー付着量検出処理を示すフローチャートである。まず、中間転写ベルト71の表面状態を把握するために、下地サンプリングを行う(ステップS1)。すなわち、トナー像を形成する前に、中間転写ベルト71を移動させながら、その表面領域71aに濃度センサ60からの光を照射し、そのときの濃度センサ60の出力電圧Vp,Vsを一定時間間隔でサンプリングし、それらのサンプリングデータを記憶しておく。こうすることで、トナー像の下地となる中間転写ベルト71の汚れや変色などの情報が得られる。
【0047】
サンプリングの時間的および空間的間隔については、濃度センサ60の検出スポットのサイズ(反射光量検出ユニット607が見込む中間転写ベルト71の表面領域の大きさ)や中間転写ベルト71の移動速度に応じて適宜定めればよい。また、サンプリング個数については、例えば、中間転写ベルト71の1周分の長さについてサンプリングしてもよいし、後述するトナー像を形成する領域についてのみサンプリングを行ってもよい。
【0048】
次に、エンジン部EGを制御して所定パターンのトナー像を形成し、中間転写ベルト71表面に転写する(ステップS2)。ここでは、一例として、形成するトナー像はベタ画像であるとする。
【0049】
そして、形成したトナー像についても、濃度センサ60の出力電圧Vp,Vsをサンプリングし(ステップS3)、そのサンプリング結果を記憶する。ベタ画像内ではどの位置でサンプリングを行ってもその結果は同じとなるはずであるが、画像形成時に生じる濃度ムラや測定誤差による変動を考慮して、ここではベタ画像内の複数位置でサンプリングを行い、それらの平均を取ることで、このような変動の影響を抑えている。下地のサンプリング結果についても同様とする。以下では、トナー像についてサンプリングしたセンサ出力電圧Vp,Vsの平均値をそれぞれVdp_ave,Vds_aveと表す。また、下地(トナー像形成前の中間転写ベルト71表面)についてサンプリングしたセンサ出力電圧Vp,Vsの平均値をそれぞれVtp_ave,Vts_aveと表す。
【0050】
次のステップS4およびS5については後に説明する。こうして求めた下地およびトナー像についてのサンプリング結果に基づいて所定の演算を行い、その結果としての該トナー像の評価値Gtが得られる(ステップS6)。
【0051】
この評価値Gtは、中間転写ベルト71上のトナー像におけるトナー付着量と1対1に対応しており、該トナー像の画像濃度の指標となる値である。つまり、中間転写ベルト71上にトナーが付着していないとき評価値Gtはゼロである一方、トナー付着量が増加するにつれて評価値Gtの値も大きくなり、設計上これ以上のトナーを付着させる必要がない、という最大トナー付着量のときに評価値Gtが1となるように、評価値Gtを定義する。具体的には、次式:
Gt=1−{Sg・(Vdp_ave−Vp0)−(Vds_ave−Vs0)}/{Sg・(Vtp_ave−Vp0)−(Vts_ave−Vs0)} … (式1)
により、評価値Gtを求める。
【0052】
上式において、Vp0およびVs0はそれぞれ、濃度センサ60の発光素子601を消灯した状態でサンプリングした電圧VpおよびVsである。図3に示すように、受光素子672p,672sの出力側にはオフセット電圧674p,674sが印加されているので、この濃度センサ60では、発光素子601の消灯状態においても所定の正電圧が出力電圧Vp,Vsとして出力されている。上記値Vp0およびVs0はこのときの出力電圧であり、各サンプリングデータ(あるいはそれらの平均値)からこれらの値Vp0およびVs0を差し引くことで、検出された光量に対応した、出力電圧の変化分を取り出すことができる。
【0053】
また、p偏光成分に対応する項に値Sgを乗じることで、濃度センサ60を構成するアンプ回路673p,673sのゲインの違いを補償している。こうすることで、2つの光成分の本来の光量差に基づいて以下の演算を行うことができる。
【0054】
この場合において、トナー付着量が多い場合、図4に示すように、トナー付着量の少ない場合に比べて濃度センサ60の2つの出力Vp,Vsは小さくなる。このことは、トナー付着量が多いほど(式1)の右辺第2項における分子:
Sg・(Vdp_ave−Vp0)−(Vds_ave−Vs0) … (式2)
がゼロに近づくことを意味している。
【0055】
なお、この実施形態において、上記のように、中間転写ベルト71上のトナー付着量が最小のとき評価値Gt=0、トナー付着量が最大のとき評価値Gt=1とすることができるのは、図4に示す特性を有する濃度センサ60を使用しているからに他ならない。すなわち、図4に示すように、p偏光、s偏光それぞれの光成分に対応する受光素子出力の差分が、トナー付着量ゼロのとき最大となる一方、トナー付着量が増えるにつれてその差分は小さくなり、やがてトナー付着量Tmaxのときその差分がゼロとなる。この実施形態では、両偏光成分に対応する受光素子出力がほぼ等しくなるトナー付着量Tmaxが、この画像形成装置において必要な最大トナー付着量とほぼ等しくなるような濃度センサ60を採用しているが、より一般的には、装置における最大トナー付着量と、(式2)の値がゼロとなるトナー付着量とは必ずしも一致しない。したがって、(式1)に基づいて求める評価値Gtの値が1を超えたり、負の値となることもありうる。
【0056】
このように、トナー付着量を指標する評価値Gtの取りうる範囲が大きすぎたり、正負両方の値を取りうるのでは、後の処理が煩雑である。そこで、他の濃度センサを使用した結果、装置における最大トナー付着量と、(式2)の値がゼロとなるトナー付着量とが大きく乖離している場合には、(式2)の第1項の係数、すなわち本発明の「重み付け係数」を、濃度センサ60における両偏光成分に対するゲイン比Sgとは異なる値とすればよい。
【0057】
図6は重み付け係数とセンサ出力との関係を示す図である。ここでは、s偏光成分に対応する出力に重み付け係数をかけるものとして説明する。図6に示すように、例えば重み付け係数Ka(>0)のとき、(式2)の値は同図に示すトナー付着量Taのときゼロとなる。一方、例えば重み付け係数Kb(<Kb<Ka)のとき、(式2)の値は同図に示すトナー付着量Tbのときゼロとなる。
【0058】
つまり、本発明の「重み付け係数」を変更すれば、(式2)の値がゼロとなるトナー付着量の値も変化する。したがって、(式2)の値がゼロとなるときのトナー付着量がその装置における最大トナー付着量となるように、(式2)における重み付け係数を設定すれば、(式2)の値は通常ゼロまたは正となり、結果的に(式1)に示す評価値Gtは0〜1の値となる。
【0059】
この実施形態では、装置における最大トナー量が濃度センサ60における上記トナー量Tmaxとほぼ一致しているが故に、本発明の「重み付け係数」を、濃度センサ60における両偏光成分に対するゲイン比Sgとすることができた。
【0060】
このようにしているにもかかわらず、受光素子の感度ばらつきや各サンプリングデータに不可避的に含まれる測定誤差のために、サンプリング結果を(式2)に代入すると、この値が負となってしまうことがある。その結果、(式1)に示す評価値Gtの値が1を超えてしまう。評価値Gtは0ないし1の値となるように定義しているにもかかわらずこのような結果となるのは不都合である。特に、固定小数点型プロセッサを用いて演算を行っている場合には、演算結果が1を超えるような演算を行わせると異常な結果が出ることがある。
【0061】
そこで、ステップS6において(式1)の演算を行うのに先立って、上記した(式2)の値を計算してその符号を判定し(ステップS4およびS5)、ゼロまたは負であった場合には(式1)の演算を行うまでもなく、十分な量のトナーが付着しているものとして、評価値Gtを1とするようにしている(ステップS7)。このようにしてよい理由について、図7を参照して説明する。
【0062】
図7はトナー像の評価値とその光学濃度の関係の一例を示す図である。前述したように、評価値Gtは中間転写ベルト71上のトナー付着量を指標する値である。トナー像の画像濃度(光学濃度OD)はトナー付着量の多少に左右されるものであるが、両者の関係をプロットすると、図7に示すように、評価値Gtの大きい、すなわちトナー付着量の多い領域では、トナー量の少ない領域より傾きが小さくなる。つまり、トナー付着量の多い領域では、トナー付着量の変動がトナー像の濃度変化として目立ちにくい。
【0063】
また、図4に示すように、トナー像からの散乱光に含まれるs偏光成分の光量については、トナー付着量の増加に伴って単調に減少するわけではなく、増加に転じる場合もある。そのため、あるトナー量Tmaxを超えるトナーが付着している場合、s偏光成分に対応する出力信号の方が大きくなり、結果的に(式2)の値は負となってしまう。
【0064】
いずれの場合においても、必要な画像濃度を得るために十分な量のトナーが付着しているといえる状態であり、必要以上に細かくトナー付着量を算出することに実際的な利点はあまりない。そこで、(式2)の結果が負であるときには、以後の計算を行うまでもなく、十分なトナーが付着しているものと判断してよい。なお、(式2)の結果がゼロのとき、次に行う処理ステップがステップS6、ステップS7のいずれであっても結果は同じく評価値Gt=1となるので、この実施形態では演算を省略できるステップS7に進むようにしている。
【0065】
以上のようにして、中間転写ベルト71上におけるトナー像としてのトナー付着量を求めることができる。そして、その結果を用いて、装置各部に与えるバイアス電圧や階調補正特性などの調整を行うことにより、安定した画像品質を維持することができる。
【0066】
以上のように、この実施形態では、単一のp偏光成分を有する光を中間転写ベルト71の表面領域71aに照射し、そこから出射される光のうち照射光と同一偏光のp偏光成分と、これと直交するs偏光成分とを個別に検出する。このとき、両偏光成分の光量に相当する受光素子672p,672sの出力信号に対するゲインを、それぞれの信号レベルに応じて異ならせているため、出力信号のダイナミックレンジが確保される。
【0067】
また、演算途中において十分なトナー量が付着していると判断した場合には、以後の計算を省略してトナー量が十分であるとしているので無駄な計算を行うことなく、効率よくトナー付着量を求めることができる。
【0068】
以上説明したように、この実施形態では、中間転写ベルト71およびCPU101が、それぞれ本発明の「像担持体」および「制御手段」として機能しており、濃度センサ60が本発明の「照射手段」および「光量検出手段」として機能している。また、濃度センサ60の出力電圧Vp、Vsがそれぞれ本発明の「第1出力信号」、「第2出力信号」に相当する。
【0069】
また、この実施形態では、受光ユニット670p,670sで受光されるp偏光成分、s偏光成分がそれぞれ「第1光成分」、「第2光成分」に相当している。したがって、濃度センサ60の出力電圧VpおよびVsが、それぞれ「第1および第2出力信号」に相当している。さらに、2つの光成分それぞれを検出する時のゲイン比率Sgを3としているから、この実施形態では「第1ゲイン係数」を1とすると、「第2ゲイン係数」は3である。
【0070】
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、上記した実施形態では、p偏光成分のみを有する光を照射するとともに、受光する2つの光成分として、これと同一の偏光面を有するp偏光と、これと垂直な偏光面を有するs偏光とを用いているが、これ以外の性質を有する光を照射・受光するようにしてもよい。例えば、第2光成分として、第1光成分であるp偏光成分以外の全ての光成分を使用してもよい。
【0071】
また、例えば、上記実施形態では、トナー付着量を指標する値として評価値Gtを導入したが、同様にトナー付着量を指標する値であれば、これ以外のもの、例えば、中間転写ベルト71上のトナーの密度や、画像濃度に変換された数値を用いてもよい。また、上記した評価値Gtの計算式も一例に過ぎず、目的に応じて他の適当な計算式を導入してもよい。
【0072】
また、例えば、上記実施形態では、中間転写ベルト71上に形成されたトナー像のトナー付着量を濃度センサ60により検出するようにしている。つまり、この実施形態では中間転写ベルト71を「像担持体」として機能させているが、これ以外に、例えば感光体22表面に形成されたトナー像のトナー付着量を検出するようにしてもよい。
【0073】
また、上記実施形態は、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの4色のトナーを用いて画像を形成する装置に本発明を適用したものであるが、トナー色の種類および数については上記に限定されるものでなく任意である。また、本発明のようなロータリー現像方式の装置のみでなく、各トナー色に対応した現像器がシート搬送方向に沿って一列に並ぶように配置された、いわゆるタンデム方式の画像形成装置に対しても本発明を適用可能である。さらに、本発明は、上記実施形態のような電子写真方式の装置に限らず、画像形成装置全般に対して適用可能である。
【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実施形態を示す図である。
【図2】 図1の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図3】 濃度センサの構成を示す図である。
【図4】 受光素子の出力特性の一例を示す図である。
【図5】 トナー付着量検出処理を示すフローチャートである。
【図6】 重み付け係数とセンサ出力との関係を示す図である。
【図7】 トナー像の評価値とその光学濃度の関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
60…濃度センサ(照射手段、光量検出手段)、 71…中間転写ベルト(像担持体)、 101…CPU(制御手段)、p偏光,s偏光…第1光成分,第2光成分、 Vp,Vs…(濃度センサ60の)出力電圧(第1出力信号,第2出力信号)、Ka,Kb…重み付け係数、 Sg…ゲイン比(重み付け係数)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention irradiates light on the surface of an image carrier, detects light emitted from the surface, and determines the toner adhesion amount on the image carrier based on the detection result, and detection of the toner adhesion amount It is about the method.
[0002]
[Prior art]
In an electrophotographic image forming apparatus such as a printer, a copying machine, and a facsimile machine, a small test image (patch image) having a predetermined image pattern is formed as needed, and the amount of toner constituting the patch image By adjusting various image forming conditions based on the measurement results, a predetermined image density can be stably obtained.
[0003]
For example, in the image forming apparatus previously proposed by the applicant of the present application, the toner adhesion amount of the patch image is obtained as follows (see Patent Document 1). That is, the image carrier is irradiated with light, and the reflected light is divided into p-polarized light and s-polarized light, and the respective light amounts are detected, and the toner adhesion amount on the image carrier is obtained based on the light amount ratio. Yes.
[0004]
In this way, by detecting a plurality of light components contained in the light emitted from the image carrier individually and using the detection results, the effects of noise and fluctuations in the amount of light applied to the image carrier are affected. It is difficult to measure the amount of adhered toner with high accuracy.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2002-116614 A (FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the technique of individually detecting a plurality of light components included in the light emitted from the image carrier, the level of the detected light amount and the amount of change are different for each light component. Therefore, the dynamic range of the light amount detection value of each light component varies. Further, measurement errors are inevitably included in the light amount detection values of the respective light components.
[0007]
When the toner adhesion amount is calculated based on the light amount detection values of a plurality of light components as in the conventional technique described above, the accuracy may be reduced due to the difference in the dynamic range and the measurement error. In some cases, the toner adhesion amount may be difficult to calculate.
[0008]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of appropriately determining the toner adhesion amount based on the light amount detection values of a plurality of light components.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an image forming apparatus according to the present invention is configured such that an irradiating unit that irradiates light toward the surface of an image carrier and a light component included in outgoing light emitted from the image carrier. Light amount detecting means for receiving different first and second light components and outputting first and second output signals corresponding to the received light amounts respectively, and one of the first and second output signals Control means for determining the amount of toner adhering to the image carrier on the basis of the level and a value obtained by multiplying the other signal level of the first and second output signals by a predetermined weighting coefficient. The image carrier is an intermediate transfer member that temporarily carries a toner image, and the light amount detecting means includes a beam splitter provided on an optical path of reflected light from the image carrier, and the beam splitter. Each p-polarized light component and s-polarized light component as the first and second light components divided by receiving outputs said first and second output signals by,
The control means calculates a difference between one signal level of the first and second output signals and a value obtained by multiplying the other signal level of the first and second output signals by a predetermined weighting factor. Based on the amount of toner adhered to the image carrier. The difference becomes zero when the weighting coefficient is a predetermined maximum toner adhesion amount on the image carrier, while the smaller the toner adhesion amount on the image carrier, the more the difference becomes. Is set to be large It is characterized by that.
[0010]
In the invention configured as described above, On the reflected light path from the intermediate transfer member as the image carrier Two light components contained in the emitted light (P-polarized component, s-polarized component) A value obtained by applying a predetermined weight to the light quantity detection result of one of the light quantity detection results and the other light quantity detection result Difference Therefore, the toner adhesion amount on the image carrier can be obtained with high accuracy even when the dynamic ranges of the light quantity changes of the two components are different.
[0012]
In this case, for example, when the toner adhesion amount on the image carrier is a predetermined maximum toner adhesion amount, the difference becomes zero while the toner adhesion amount on the image carrier is It can be set so that the smaller the number, the larger the difference. By doing so, the difference and the toner adhesion amount have a one-to-one correspondence, and the toner adhesion amount can be uniquely determined from the value of the difference. Further, since the difference is a value of zero or more, the calculation is easy.
[0013]
The “maximum toner adhesion amount” is a toner adhesion amount that can provide an image with a high density necessary and sufficient in accordance with the specifications of the apparatus. In other words, in the correspondence relationship between the toner adhesion amount and the image density, the toner adhesion amount corresponding to the image density that is determined to require no higher density image, or the image density even if the toner adhesion amount is increased further. This is the toner adhesion amount that is judged to hardly change.
[0014]
At this time, when the difference is a negative value, the control unit can determine that the toner adhesion amount on the image carrier is the maximum toner adhesion amount. This is because this value becomes negative when the actual toner adhesion amount exceeds the maximum toner adhesion amount or when the difference was originally supposed to be zero or a positive value close to this, but the measurement error This is because the calculation results in a negative value due to an error in the process of obtaining the difference, and in any case, it may be determined that a necessary and sufficient amount of toner is attached. By doing so, it is easy to perform arithmetic processing in a region where the toner adhesion amount is large, and the processing efficiency can be improved.
[0015]
In addition, the light amount detection unit is configured to multiply a value obtained by multiplying a received light amount of the first light component by a first gain coefficient set in advance corresponding to a dynamic range of the light amount change of the first light component. A first output signal and a value obtained by multiplying the received light amount of the second light component by a second gain coefficient set in advance corresponding to the dynamic range of the light amount change of the second light component. You may make it output as 2 output signals.
[0016]
That is, if a gain corresponding to the dynamic range of the light quantity change of each light component is given to the light quantity detection result itself of the two light components, the dynamic range of the first and second output signals corresponding to each light component can be widened. can do. For this reason, even when the dynamic ranges of the light quantity changes of the two light components are greatly different, it becomes difficult to be affected by noise or the like in the processing process, and the toner adhesion amount can be obtained with high accuracy.
[0017]
The dynamic range of each light quantity can be estimated in advance based on these values if the light quantity to be irradiated, its wavelength, the optical properties of the toner, the sensitivity of the light quantity detection means, etc. are known. Value.
[0018]
In this case, it is preferable that the weighting coefficient is set corresponding to a ratio of the first and second gain coefficients. For example, if the light amount detection means outputs a light amount detection result with a gain larger than the other, if the weighting coefficient is determined so as to cancel this gain ratio, the influence of noise or the like can be suppressed and widened. It is possible to detect the amount of light in the dynamic range, and to obtain the toner adhesion amount using the original light amount difference in the calculation process.
[0019]
In the present invention, the irradiation unit is configured to irradiate the image carrier with light having a single polarization component, while the light amount detection unit emits light emitted from the image carrier. The same polarization component as the light emitted from the irradiation means is received as the first light component, and the polarization component different from the light emitted from the irradiation means is received as the second light component. It is suitable for the apparatus made. This is because, in such an apparatus, of the two light components included in the emitted light, a first light component that is the same polarization component as the irradiation light, and a second light component that is a polarization component different from this, This is because there is a large difference in the amount of light detected and a large difference in the dynamic range.
[0020]
In order to achieve the above object, the toner adhesion amount detection method according to the present invention irradiates light toward the surface of an intermediate transfer member serving as an image carrier, and on the optical path of reflected light from the image carrier. The light emitted from the image carrier is divided into p-polarized component and s-polarized component as first and second light components which are different from each other by a beam splitter, and the respective light amounts are detected, and according to the respective light amounts. First and second output signals, and a predetermined weighting factor is applied to one of the first and second output signals and to the other of the first and second output signals. Based on the difference from the multiplied value, the amount of toner adhering to the image carrier is obtained. The difference becomes zero when the toner adhesion amount on the image carrier is a predetermined maximum toner adhesion amount, while the smaller the toner adhesion amount on the image carrier is, Is set to be larger It is characterized by that.
[0021]
In the invention configured as described above, similarly to the above-described image forming apparatus, it is possible to appropriately determine the toner adhesion amount on the image carrier based on the light amount detection results of the two light components.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a view showing an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the image forming apparatus of FIG. This apparatus 1 forms a full color image by superposing four color toners (developers) of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (K), or black (K) toner. This is an image forming apparatus that forms a monochrome image using only the image forming apparatus. In this image forming apparatus 1, when an image signal is given to the main controller 11 from an external device such as a host computer, the CPU 101 provided in the engine controller 10 controls each part of the engine unit EG in response to a command from the main controller 11. Then, a predetermined image forming operation is executed, and an image corresponding to the image signal is formed on the sheet S.
[0023]
In the engine unit EG, the photosensitive member 22 is provided to be rotatable in the arrow direction D1 in FIG. A charging unit 23, a rotary developing unit 4 and a cleaning unit 25 are arranged around the photosensitive member 22 along the rotation direction D1. The charging unit 23 is applied with a predetermined charging bias, and uniformly charges the outer peripheral surface of the photoconductor 22 to a predetermined surface potential. The cleaning unit 25 removes the toner remaining on the surface of the photosensitive member 22 after the primary transfer, and collects it in a waste toner tank provided inside. The photosensitive member 22, the charging unit 23, and the cleaning unit 25 integrally constitute the photosensitive member cartridge 2, and this photosensitive member cartridge 2 is detachably attached to the main body of the apparatus 1 as a whole.
[0024]
Then, the light beam L is irradiated from the exposure unit 6 toward the outer peripheral surface of the photosensitive member 22 charged by the charging unit 23. The exposure unit 6 exposes the light beam L onto the photosensitive member 22 in accordance with an image signal given from an external device, and forms an electrostatic latent image corresponding to the image signal.
[0025]
The electrostatic latent image thus formed is developed with toner by the developing unit 4. That is, in this embodiment, the developing unit 4 is configured as a support frame 40 that is rotatably provided about a rotation axis center orthogonal to the paper surface of FIG. A yellow developing device 4Y, a cyan developing device 4C, a magenta developing device 4M, and a black developing device 4K are provided. The developing unit 4 is controlled by the engine controller 10. Based on the control command from the engine controller 10, the developing unit 4 is driven to rotate, and the developing units 4Y, 4C, 4M, and 4K are selectively brought into contact with the photoreceptor 22 or have a predetermined gap. When positioned at a predetermined development position opposed to each other, toner is applied to the surface of the photosensitive member 22 from a developing roller 44 provided in the developing unit and carrying toner of a selected color. As a result, the electrostatic latent image on the photosensitive member 22 is visualized with the selected toner color.
[0026]
The toner image developed by the developing unit 4 as described above is primarily transferred onto the intermediate transfer belt 71 of the transfer unit 7 in the primary transfer region TR1. The transfer unit 7 includes an intermediate transfer belt 71 stretched between a plurality of rollers 72 to 75, and a drive unit (not shown) that rotates the intermediate transfer belt 71 in a predetermined rotation direction D2 by rotationally driving the roller 73. It has. When a color image is transferred to the sheet S, each color toner image formed on the photosensitive member 22 is superimposed on the intermediate transfer belt 71 to form a color image and taken out from the cassette 8 one by one. The color image is secondarily transferred onto the sheet S conveyed to the secondary transfer region TR2 along the conveyance path F.
[0027]
At this time, in order to correctly transfer the image on the intermediate transfer belt 71 to a predetermined position on the sheet S, the timing of feeding the sheet S to the secondary transfer region TR2 is managed. Specifically, a gate roller 81 is provided on the transport path F on the front side of the secondary transfer region TR2, and the gate roller 81 rotates in accordance with the timing of the circumferential movement of the intermediate transfer belt 71. S is sent to the secondary transfer region TR2 at a predetermined timing.
[0028]
Further, the sheet S on which the color image is thus formed is conveyed to the discharge tray portion 89 provided on the upper surface portion of the apparatus main body via the fixing unit 9, the pre-discharge roller 82 and the discharge roller 83. Further, when images are formed on both sides of the sheet S, when the rear end portion of the sheet S on which the image is formed on one side as described above is conveyed to the reversal position PR behind the pre-discharge roller 82. The rotation direction of the discharge roller 83 is reversed, whereby the sheet S is conveyed in the direction of the arrow D3 along the reverse conveyance path FR. Then, the sheet is again placed on the transport path F before the gate roller 81. At this time, the surface of the sheet S to which the image is transferred by contacting the intermediate transfer belt 71 in the secondary transfer region TR2 is first transferred. It is the opposite surface. In this way, images can be formed on both sides of the sheet S.
[0029]
In addition, the apparatus 1 includes a display unit 12 controlled by the CPU 111 of the main controller 11 as shown in FIG. The display unit 12 is constituted by, for example, a liquid crystal display, and in accordance with a control command from the CPU 111, the operation guidance to the user, the progress of the image forming operation, the occurrence of an abnormality in the apparatus, the replacement timing of any unit, etc. A predetermined message for notification is displayed.
[0030]
In FIG. 2, reference numeral 113 denotes an image memory provided in the main controller 11 for storing an image given from an external device such as a host computer via the interface 112. Reference numeral 106 is a ROM for storing a calculation program executed by the CPU 101, control data for controlling the engine unit EG, and the like. Reference numeral 107 is a RAM for temporarily storing calculation results in the CPU 101 and other data. is there.
[0031]
A cleaner 76 is disposed in the vicinity of the roller 75. The cleaner 76 can be moved toward and away from the roller 75 by an electromagnetic clutch (not shown). Then, the blade of the cleaner 76 abuts on the surface of the intermediate transfer belt 71 that is stretched over the roller 75 while moving to the roller 75 side, and the toner that remains on the outer peripheral surface of the intermediate transfer belt 71 after the secondary transfer. Remove.
[0032]
Further, a density sensor 60 is disposed in the vicinity of the roller 75. The density sensor 60 is provided so as to face the surface of the intermediate transfer belt 71, and if necessary, the density of the toner image formed on the outer peripheral surface of the intermediate transfer belt 71, more specifically, the toner constituting the toner image. Measure the amount. Based on the measurement result, the apparatus 1 adjusts the operating conditions of each part of the apparatus that affects the image quality, for example, the developing bias applied to each developing device, the intensity of the exposure beam L, and the like.
[0033]
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the density sensor. The density sensor 60 includes a light emitting element 601 such as an LED that irradiates light to a winding area 71 a that is wound around the roller 75 in the surface area of the intermediate transfer belt 71. Further, the density sensor 60 includes a polarization beam splitter 603, an irradiation light amount monitoring light receiving unit 604, and an irradiation light amount in order to adjust the irradiation light amount of the irradiation light in accordance with the light amount control signal Slc provided from the CPU 101 as will be described later. An adjustment unit 605 is provided.
[0034]
As shown in FIG. 3, the polarization beam splitter 603 is disposed between the light emitting element 601 and the intermediate transfer belt 71, and the light emitted from the light emitting element 601 is incident on the intermediate transfer belt 71. It is divided into p-polarized light having a polarization direction parallel to the plane and s-polarized light having a perpendicular polarization direction. The p-polarized light enters the intermediate transfer belt 71 as it is, while the s-polarized light is extracted from the polarization beam splitter 603 and then incident on the light receiving unit 604 for monitoring the amount of irradiation light. The light receiving element 642 of the light receiving unit 604 A signal proportional to the irradiation light amount is output to the irradiation light amount adjustment unit 605.
[0035]
This irradiation light amount adjustment unit 605 feedback-controls the light emitting element 601 based on the signal from the light receiving unit 604 and the light amount control signal Slc from the CPU 101, and the amount of irradiation light irradiated onto the intermediate transfer belt 71 from the light emitting element 601 The value is adjusted to a value corresponding to the control signal Slc. As described above, in this embodiment, the amount of irradiation light can be appropriately changed and adjusted in a wide range by the output signal from the CPU 101.
[0036]
Further, in this embodiment, the input offset voltage 641 is applied to the output side of the light receiving element 642 provided in the light receiving unit 604 for monitoring the irradiation light quantity, and the light emitting element as long as the light quantity control signal Slc does not exceed a certain signal level. 601 is configured to be kept off.
[0037]
When a predetermined level light amount control signal Slc is given to the irradiation light amount adjustment unit 605, the light emitting element 601 is turned on, and the intermediate transfer belt 71 is irradiated with p-polarized light as irradiation light. Then, the p-polarized light is reflected by the intermediate transfer belt 71, and the reflected light amount detection unit 607 detects the p-polarized light amount and the s-polarized light amount among the light components of the reflected light, and a signal corresponding to each light amount is sent to the CPU 101. Is output.
[0038]
As shown in FIG. 2, the reflected light amount detection unit 607 receives the polarization beam splitter 671 disposed on the optical path of the reflected light and the p-polarized light passing through the polarization beam splitter 671, and corresponds to the light amount of the p-polarized light. And a light receiving unit 670s that receives the s-polarized light divided by the polarization beam splitter 671 and outputs a signal corresponding to the light quantity of the s-polarized light.
[0039]
In the light receiving unit 670p, the light receiving element 672p receives the p-polarized light from the polarization beam splitter 671, and the output from the light receiving element 672p is amplified by the amplifier circuit 673p, and then the amplified signal is a signal corresponding to the amount of p-polarized light. Is output from the light receiving unit 670p. Similarly to the light receiving unit 670p, the light receiving unit 670s includes a light receiving element 672s and an amplifier circuit 673s. For this reason, the light quantity of two different component light (p polarized light and s polarized light) among the light components of reflected light can be calculated | required independently.
[0040]
In this embodiment, output offset voltages 674p and 674s are applied to the output sides of the light receiving elements 672p and 672s, respectively, and the output voltages Vp and Vs of the signals given from the amplifier circuits 673p and 673s to the CPU 101 are on the plus side. It is offset.
[0041]
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of output characteristics of the light receiving element. Since the irradiation light from the density sensor 60 is absorbed and scattered by the toner, as shown in FIG. 4, the output voltage of the light receiving element 672p corresponding to the p-polarization component that is the same polarization component as the irradiation light is the intermediate transfer belt. As the amount of toner adhering to the surface region 71a of the toner increases, it decreases.
[0042]
On the other hand, the output voltage of the light receiving element 672s corresponding to the s-polarized light component is only a part of the light component generated by scattering of the irradiation light, and the level is lower than the output of the light receiving element 672p. The amount of change relative to the amount is small. That is, for the s-polarized component, the dynamic range DR1 of the output signal of the light receiving element 672s with respect to the toner amount change is narrow. In addition, the output voltages of the two light receiving elements 672p and 672s are substantially the same level near the toner adhesion amount Tmax.
[0043]
In this embodiment, the gain ratio Sg of the amplifier circuit 673s to the amplifier circuit 673p is set to Sg = 3. That is, by setting the gain for the s-polarized component to be three times the gain for the p-polarized component, the level of the light receiving element 672s is increased and the dynamic range is expanded to DR2 as shown by the dotted line in FIG. Further, by doing so, the level of the output voltage Vs output from the density sensor 60 becomes high, so that it can be made less susceptible to the influence of electrical noise mixed from the peripheral circuit.
[0044]
Returning to FIG. 3, the description of the density sensor 60 will be continued. In the light receiving units 670p and 670s configured as described above, the output voltages Vp and Vs have values of zero or more and are reflected even when the amount of reflected light is zero, similarly to the light receiving unit 604. The output voltages Vp and Vs also increase in proportion to the increase in the amount of light. By applying the output offset voltages 674p and 674s in this way, the influence of the dead band of the amplifier circuits 673p and 673s operating with a single power supply (region where the input voltage and output voltage are not proportional when the input voltage is near zero) is assured. The output voltage according to the amount of reflected light can be output.
[0045]
In the image forming apparatus 1 having the density sensor 60 configured as described above, the adhesion amount of toner constituting the toner image formed on the intermediate transfer belt 71 can be detected as follows. The toner adhesion amount is detected by the CPU 101 controlling each part of the apparatus as necessary, for example, when a patch image is formed and image forming conditions are controlled based on the density.
[0046]
FIG. 5 is a flowchart showing toner adhesion amount detection processing. First, in order to grasp the surface state of the intermediate transfer belt 71, base sampling is performed (step S1). That is, before the toner image is formed, the surface area 71a is irradiated with light from the density sensor 60 while the intermediate transfer belt 71 is moved, and the output voltages Vp and Vs of the density sensor 60 at that time are set at regular time intervals. And sampled data is stored. By doing so, information such as dirt and discoloration of the intermediate transfer belt 71 which is the base of the toner image can be obtained.
[0047]
The temporal and spatial intervals of sampling are appropriately determined according to the size of the detection spot of the density sensor 60 (the size of the surface area of the intermediate transfer belt 71 expected by the reflected light amount detection unit 607) and the moving speed of the intermediate transfer belt 71. You just have to decide. As for the number of samples, for example, the length of one round of the intermediate transfer belt 71 may be sampled, or sampling may be performed only for a region where a toner image to be described later is formed.
[0048]
Next, the engine unit EG is controlled to form a toner image having a predetermined pattern and transferred to the surface of the intermediate transfer belt 71 (step S2). Here, as an example, it is assumed that the toner image to be formed is a solid image.
[0049]
Then, for the formed toner image, the output voltages Vp and Vs of the density sensor 60 are sampled (step S3), and the sampling result is stored. The result should be the same no matter where the sampling is performed in the solid image, but here sampling is performed at a plurality of positions in the solid image in consideration of density unevenness and measurement error that occur during image formation. By doing and averaging them, the effect of such fluctuations is suppressed. The same applies to the ground sampling results. Hereinafter, the average values of the sensor output voltages Vp and Vs sampled for the toner image are represented as Vdp_ave and Vds_ave, respectively. Further, the average values of the sensor output voltages Vp and Vs sampled on the base (the surface of the intermediate transfer belt 71 before forming the toner image) are represented as Vtp_ave and Vts_ave, respectively.
[0050]
The next steps S4 and S5 will be described later. Predetermined calculations are performed based on the sampling results for the background and toner image thus obtained, and the resulting evaluation value Gt of the toner image is obtained (step S6).
[0051]
The evaluation value Gt has a one-to-one correspondence with the toner adhesion amount in the toner image on the intermediate transfer belt 71, and is a value serving as an index of the image density of the toner image. That is, the evaluation value Gt is zero when no toner adheres to the intermediate transfer belt 71, while the evaluation value Gt also increases as the toner adhesion amount increases, and it is necessary to adhere more toner than that in the design. The evaluation value Gt is defined so that the evaluation value Gt becomes 1 when the maximum toner adhesion amount is “No”. Specifically, the following formula:
Gt = 1- {Sg. (Vdp_ave-Vp0)-(Vds_ave-Vs0)} / {Sg. (Vtp_ave-Vp0)-(Vts_ave-Vs0)} (Equation 1)
Thus, an evaluation value Gt is obtained.
[0052]
In the above equation, Vp0 and Vs0 are voltages Vp and Vs sampled with the light emitting element 601 of the density sensor 60 turned off, respectively. As shown in FIG. 3, since offset voltages 674p and 674s are applied to the output side of the light receiving elements 672p and 672s, the density sensor 60 outputs a predetermined positive voltage even when the light emitting element 601 is turned off. Vp and Vs are output. The values Vp0 and Vs0 are the output voltages at this time, and by subtracting these values Vp0 and Vs0 from each sampling data (or their average value), the change in the output voltage corresponding to the detected light amount is obtained. It can be taken out.
[0053]
Further, the difference between the gains of the amplifier circuits 673p and 673s constituting the density sensor 60 is compensated by multiplying the term corresponding to the p-polarized component by the value Sg. In this way, the following calculation can be performed based on the original light amount difference between the two light components.
[0054]
In this case, when the toner adhesion amount is large, as shown in FIG. 4, the two outputs Vp and Vs of the density sensor 60 are smaller than when the toner adhesion amount is small. This means that the larger the toner adhesion amount, the numerator in the second term on the right side of (Equation 1):
Sg · (Vdp_ave−Vp0) − (Vds_ave−Vs0) (Equation 2)
Means approaching zero.
[0055]
In this embodiment, as described above, the evaluation value Gt = 0 when the toner adhesion amount on the intermediate transfer belt 71 is minimum, and the evaluation value Gt = 1 when the toner adhesion amount is maximum. This is because the density sensor 60 having the characteristics shown in FIG. 4 is used. That is, as shown in FIG. 4, the difference between the light receiving element outputs corresponding to the light components of p-polarized light and s-polarized light becomes maximum when the toner adhesion amount is zero, while the difference decreases as the toner adhesion amount increases. Eventually, when the toner adhesion amount Tmax, the difference becomes zero. In this embodiment, the density sensor 60 is employed such that the toner adhesion amount Tmax at which the light receiving element outputs corresponding to both polarization components are substantially equal is substantially equal to the maximum toner adhesion amount required in the image forming apparatus. More generally, the maximum toner adhesion amount in the apparatus does not necessarily match the toner adhesion amount at which the value of (Equation 2) becomes zero. Therefore, the evaluation value Gt obtained based on (Equation 1) may exceed 1 or be a negative value.
[0056]
As described above, if the evaluation value Gt indicating the toner adhesion amount is too large or can take both positive and negative values, the subsequent processing is complicated. Therefore, as a result of using another density sensor, if the maximum toner adhesion amount in the apparatus and the toner adhesion amount at which the value of (Equation 2) becomes zero greatly deviate, The coefficient of the term, that is, the “weighting coefficient” of the present invention may be a value different from the gain ratio Sg for both polarization components in the density sensor 60.
[0057]
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the weighting coefficient and the sensor output. Here, a description will be given assuming that a weighting coefficient is applied to the output corresponding to the s-polarized component. As shown in FIG. 6, for example, when the weighting coefficient Ka (> 0), the value of (Expression 2) becomes zero when the toner adhesion amount Ta shown in FIG. On the other hand, for example, when the weighting coefficient Kb (<Kb <Ka), the value of (Expression 2) becomes zero when the toner adhesion amount Tb shown in FIG.
[0058]
That is, if the “weighting coefficient” of the present invention is changed, the toner adhesion amount value at which the value of (Equation 2) becomes zero also changes. Therefore, if the weighting coefficient in (Equation 2) is set so that the toner adhesion amount when the value of (Equation 2) becomes zero becomes the maximum toner adhesion amount in the apparatus, the value of (Equation 2) is usually It becomes zero or positive, and as a result, the evaluation value Gt shown in (Expression 1) is a value between 0 and 1.
[0059]
In this embodiment, since the maximum toner amount in the apparatus substantially coincides with the toner amount Tmax in the density sensor 60, the “weighting coefficient” of the present invention is the gain ratio Sg for both polarization components in the density sensor 60. I was able to.
[0060]
Despite this, if the sampling result is substituted into (Equation 2), this value becomes negative due to the sensitivity variation of the light receiving element and the measurement error inevitably included in each sampling data. Sometimes. As a result, the evaluation value Gt shown in (Expression 1) exceeds 1. Although the evaluation value Gt is defined to be a value between 0 and 1, it is inconvenient to obtain such a result. In particular, when a calculation is performed using a fixed-point processor, an abnormal result may be obtained if an operation with an operation result exceeding 1 is performed.
[0061]
Therefore, prior to the calculation of (Equation 1) in step S6, the value of (Equation 2) described above is calculated to determine the sign (steps S4 and S5). It is not necessary to calculate (Equation 1), and the evaluation value Gt is set to 1 assuming that a sufficient amount of toner is attached (step S7). The reason why this may be done will be described with reference to FIG.
[0062]
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the relationship between the evaluation value of a toner image and its optical density. As described above, the evaluation value Gt is a value indicating the toner adhesion amount on the intermediate transfer belt 71. The image density (optical density OD) of the toner image depends on the amount of toner adhesion. When the relationship between the two is plotted, as shown in FIG. 7, the evaluation value Gt is large, that is, the amount of toner adhesion. In the large area, the inclination is smaller than in the area where the toner amount is small. In other words, in a region where the toner adhesion amount is large, fluctuations in the toner adhesion amount are less noticeable as changes in toner image density.
[0063]
Further, as shown in FIG. 4, the amount of the s-polarized component contained in the scattered light from the toner image does not decrease monotonously with the increase in the toner adhesion amount, but may increase. Therefore, when toner exceeding a certain toner amount Tmax adheres, the output signal corresponding to the s-polarized component becomes larger, and as a result, the value of (Expression 2) becomes negative.
[0064]
In any case, it can be said that a sufficient amount of toner is adhered to obtain a necessary image density, and there is not much practical advantage in calculating the toner adhesion amount more finely than necessary. Therefore, when the result of (Equation 2) is negative, it is possible to determine that sufficient toner has adhered without performing subsequent calculations. Note that, when the result of (Expression 2) is zero, the result is the evaluation value Gt = 1 even if the next processing step is either step S6 or step S7, so that the calculation can be omitted in this embodiment. The process proceeds to step S7.
[0065]
As described above, the toner adhesion amount as a toner image on the intermediate transfer belt 71 can be obtained. Then, by using the result, adjustment of a bias voltage, a gradation correction characteristic, and the like given to each part of the apparatus can be performed to maintain stable image quality.
[0066]
As described above, in this embodiment, light having a single p-polarized component is irradiated onto the surface region 71a of the intermediate transfer belt 71, and the p-polarized component having the same polarization as the irradiated light out of the light emitted therefrom. The s-polarized component orthogonal to this is detected individually. At this time, since the gains for the output signals of the light receiving elements 672p and 672s corresponding to the light amounts of both polarization components are made different according to the respective signal levels, the dynamic range of the output signal is ensured.
[0067]
Also, if it is determined that a sufficient amount of toner is attached during the calculation, it is assumed that the toner amount is sufficient by omitting the subsequent calculations. Can be requested.
[0068]
As described above, in this embodiment, the intermediate transfer belt 71 and the CPU 101 function as the “image carrier” and the “control unit” of the present invention, respectively, and the density sensor 60 is the “irradiation unit” of the present invention. And “light quantity detection means”. The output voltages Vp and Vs of the concentration sensor 60 correspond to the “first output signal” and the “second output signal” of the present invention, respectively.
[0069]
In this embodiment, the p-polarized light component and the s-polarized light component received by the light receiving units 670p and 670s correspond to “first light component” and “second light component”, respectively. Therefore, the output voltages Vp and Vs of the density sensor 60 correspond to “first and second output signals”, respectively. Furthermore, since the gain ratio Sg when detecting each of the two light components is 3, in this embodiment, when the “first gain coefficient” is 1, the “second gain coefficient” is 3.
[0070]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the light having only the p-polarized component is irradiated, and as two light components to be received, the p-polarized light having the same polarization plane and the s-polarized light having a polarization plane perpendicular thereto are used. However, you may make it irradiate and receive the light which has a property other than this. For example, all the light components other than the p-polarized component that is the first light component may be used as the second light component.
[0071]
For example, in the above-described embodiment, the evaluation value Gt is introduced as a value indicating the toner adhesion amount. However, any other value, for example, on the intermediate transfer belt 71, may be used as long as it is a value indicating the toner adhesion amount. The toner density or the numerical value converted into the image density may be used. The above-described calculation formula for the evaluation value Gt is merely an example, and other appropriate calculation formulas may be introduced according to the purpose.
[0072]
Further, for example, in the above embodiment, the toner adhesion amount of the toner image formed on the intermediate transfer belt 71 is detected by the density sensor 60. That is, in this embodiment, the intermediate transfer belt 71 functions as an “image carrier”, but other than this, for example, the toner adhesion amount of a toner image formed on the surface of the photosensitive member 22 may be detected. .
[0073]
In the above-described embodiment, the present invention is applied to an apparatus that forms an image using four color toners of yellow, magenta, cyan, and black. However, the types and number of toner colors are limited to those described above. It is not a thing but arbitrary. In addition to the rotary development type apparatus as in the present invention, the so-called tandem type image forming apparatus in which developing units corresponding to the respective toner colors are arranged in a line along the sheet conveying direction. The present invention is also applicable. Furthermore, the present invention is not limited to the electrophotographic apparatus as in the above embodiment, but can be applied to all image forming apparatuses.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the image forming apparatus of FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a density sensor.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of output characteristics of a light receiving element.
FIG. 5 is a flowchart showing toner adhesion amount detection processing;
FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between a weighting coefficient and a sensor output.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a relationship between a toner image evaluation value and its optical density.
[Explanation of symbols]
60 ... density sensor (irradiation means, light quantity detection means) 71 ... intermediate transfer belt (image carrier) 101 ... CPU (control means), p-polarized light, s-polarized light ... first light component, second light component, Vp, Vs (output of concentration sensor 60) (first output signal, second output signal), Ka, Kb ... weighting factor, Sg ... gain ratio (weighting factor)

Claims (5)

像担持体の表面に向けて光を照射する照射手段と、
前記像担持体から出射される出射光に含まれる光成分のうち互いに異なる第1および第2光成分をそれぞれ受光し、それぞれの受光量に応じた第1および第2出力信号をそれぞれ出力する光量検出手段と、
前記第1および前記第2出力信号のうち一方の信号レベルと、前記第1および前記第2出力信号のうち他方の信号レベルに所定の重み付け係数を乗じた値とに基づいて、前記像担持体上に付着したトナー付着量を求める制御手段と
を備え、
前記像担持体はトナー像を一時的に担持する中間転写体であり、
前記光量検出手段は、前記像担持体からの反射光の光路上に設けられたビームスプリッターを有し、該ビームスプリッターにより分割された前記第1および第2光成分としてのp偏光成分およびs偏光成分をそれぞれ受光して前記第1および第2出力信号を出力し、
前記制御手段は、前記第1および前記第2出力信号のうち一方の信号レベルと、前記第1および前記第2出力信号のうち他方の信号レベルに所定の重み付け係数を乗じた値との差分に基づいて、前記像担持体上に付着したトナー付着量を求め
前記重み付け係数が、前記像担持体上のトナー付着量が予め定められた最大トナー付着量であるときに前記差分がゼロとなる一方、前記像担持体上のトナー付着量が少ないほど前記差分が大きくなるように設定されている
ことを特徴とする画像形成装置。
Irradiation means for irradiating light toward the surface of the image carrier;
Amount of light that receives first and second light components different from each other among the light components included in the emitted light emitted from the image carrier and outputs first and second output signals corresponding to the respective amounts of received light. Detection means;
The image carrier based on one signal level of the first and second output signals and a value obtained by multiplying the other signal level of the first and second output signals by a predetermined weighting factor. Control means for determining the amount of toner adhered to the top,
The image carrier is an intermediate transfer member that temporarily carries a toner image;
The light amount detecting means has a beam splitter provided on the optical path of the reflected light from the image carrier, and the p-polarized component and the s-polarized light as the first and second light components divided by the beam splitter. Receiving each component and outputting the first and second output signals;
The control means calculates a difference between one signal level of the first and second output signals and a value obtained by multiplying the other signal level of the first and second output signals by a predetermined weighting factor. Based on the amount of toner adhered to the image carrier ,
The difference is zero when the weighting coefficient is a predetermined maximum toner adhesion amount on the image carrier, while the smaller the toner adhesion amount on the image carrier is, the smaller the difference is. An image forming apparatus that is set to be large .
前記制御手段は、前記差分が負の値であるときには、前記像担持体上のトナー付着量が前記最大トナー付着量であると判定する請求項に記載の画像形成装置。The image forming apparatus according to claim 1 , wherein the control unit determines that the toner adhesion amount on the image carrier is the maximum toner adhesion amount when the difference is a negative value. 前記光量検出手段は、前記第1光成分の受光量と、当該第1光成分の光量変化のダイナミックレンジに対応して予め設定された第1のゲイン係数とを乗じた値を前記第1出力信号として出力するとともに、前記第2光成分の受光量と、当該第2光成分の光量変化のダイナミックレンジに対応して予め設定された第2のゲイン係数とを乗じた値を前記第2出力信号として出力し、前記重み付け係数が、前記第1および第2ゲイン係数の比に対応して設定されている請求項1または2に記載の画像形成装置。The light amount detecting means is configured to multiply a value obtained by multiplying a received light amount of the first light component by a first gain coefficient set in advance corresponding to a dynamic range of a light amount change of the first light component. The second output is a value obtained by multiplying the received light amount of the second light component by a second gain coefficient set in advance corresponding to the dynamic range of the light amount change of the second light component. and outputs as a signal, the weighting factors, the image forming apparatus according to claim 1 or 2 is set to correspond to the ratio of the first and second gain coefficients. 前記照射手段は、単一偏光成分を有する光を前記像担持体に向けて照射するように構成される一方、
前記光量検出手段は、前記像担持体から出射される出射光のうち前記照射手段から照射される光と同一の偏光成分を前記第1光成分として受光し、前記照射手段から照射される光とは異なる偏光成分を前記第2光成分として受光するように構成された請求項1ないしのいずれかに記載の画像形成装置。
While the irradiation means is configured to irradiate light having a single polarization component toward the image carrier,
The light amount detection means receives, as the first light component, the same polarized light component emitted from the image carrier as the first light component, and the light emitted from the irradiation means. the image forming apparatus according to any one of 3 claims 1 configured to receive different polarization components as said second optical component.
像担持体としての中間転写体の表面に向けて光を照射するとともに、前記像担持体からの反射光の光路上で、前記像担持体から出射される出射光をビームスプリッターにより互いに異なる第1および第2光成分としてのp偏光成分およびs偏光成分に分割してそれぞれの光量を検出し、それぞれの光量に応じた第1および第2出力信号を生成し、
前記第1および前記第2出力信号のうち一方の信号レベルと、前記第1および前記第2出力信号のうち他方の信号レベルに所定の重み付け係数を乗じた値との差分に基づいて、前記像担持体上に付着したトナー付着量を求め
前記重み付け係数を、前記像担持体上のトナー付着量が予め定められた最大トナー付着量であるときに前記差分がゼロとなる一方、前記像担持体上のトナー付着量が少ないほど前記差分が大きくなるように設定している
ことを特徴とするトナー付着量検出方法。
Light is emitted toward the surface of an intermediate transfer member serving as an image carrier, and light beams emitted from the image carrier on the optical path of reflected light from the image carrier are different from each other by a beam splitter. And a p-polarized component and a s-polarized component as second light components to detect respective light amounts, and generate first and second output signals corresponding to the respective light amounts,
Based on a difference between one signal level of the first and second output signals and a value obtained by multiplying the other signal level of the first and second output signals by a predetermined weighting factor, the image Find the amount of toner adhering to the carrier ,
The difference is zero when the toner adhesion amount on the image carrier is a predetermined maximum toner adhesion amount, while the weight coefficient is such that the smaller the toner adhesion amount on the image carrier, the smaller the difference. A toner adhesion amount detection method, wherein the toner adhesion amount detection method is set to be large .
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