专利名称：色粉浓度计算方法，反射光学传感器,反射光学 传感器装置和图像形成设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种计算色粉浓度的技术。
背景技术：
各种图像形成设备使用色粉来形成图像，即它们形成色粉图像。这样的图像形成设备的实例是模拟图像形成设备、数字图像形成设备、黑白复印机、彩色复印机、打印机、绘图仪、传真机和多功能打印机(MFP)。为形成优质的色粉图像，众所周知的是，必须用刚好适量的色粉来显影静电潜像。 可以用包含色粉和载体的二组分显影剂或者仅包含色粉的单组分显影剂来显影静电潜像。 将被供给至显影静电潜像的显影单元的色粉量以下被称作“色粉浓度”。如果色粉浓度较低，S卩，如果被供给至静电潜像的色粉量小于必需的量，那么将形成较淡的色粉图像。如果色粉浓度较高，即，如果被供给至静电潜像的色粉量大于必需的量，那么将形成较暗的并且难以看出的色粉图像。为形成优质的色粉图像，色粉浓度应该在合适的范围内。为将色粉浓度调整至合适的范围内的值，必须测量当前的色粉浓度。典型的方法中，由从专用于色粉浓度测量所形成的色粉图像(以下"色粉图案")反射的检测光的变化来测量色粉浓度。将检测光发射至色粉图案并接收从色粉图案反射的检测光的光学装置被称作反射光学传感器。各种类型反射光学传感器是本技术领域公知的(参见日本专利申请特开 No. S64-35466,日本专利申请特开No. 2004-309292,日本专利申请特开No. 2004-21164和日本专利申请特开No. 2002-72612)。典型的反射光学传感器包括光发射单元和光接收单元。光发射单元包括一个、两个或者三个具有不同波长特征的光发射元件。光接收单元包括一个或两个光接收元件(例如，光电二极管(PD)，光电晶体管)。发光二极管(LED)典型地用作光发射元件。LED发射比色粉图案上的色粉图案小的光斑尺寸的检测光。举例来说，色粉图案被形成在转印带上。色粉图案随着转印带旋转而移动。由旋转引起的转印带移动的方向被称作副方向，垂直于副方向的方向被称作主方向。在通过光扫描形成静电潜像的系统中，主方向对应于主扫描方向，以及副方向对应于副扫描方向。通过用静电潜像形成单元光学扫描感光构件的表面，在感光构件上形成对应于色粉图案的静电潜像，然后将感光构件的表面上的静电潜像被显影成色粉图案。然后感光构件上的色粉图案被转印在转印带上，并且随转印带的旋转在副方向上移动。当色粉图案进入检测区域时，用来自反射光学传感器的检测光的光斑对色粉图案进行曝光(expose)。检测光的光斑的光斑尺寸典型地是大约2毫米(mm)到3mm。在理想状况中，光斑落到色粉图案在主方向上的中央。然而，由于各种原因，难以总是使色粉图案和反射光学传感器在主方向上的相对位置保持在理想状态。这些原因包括静电潜像形成单元的光扫描区域中的波动、转印带的弯曲、由于时间的推移反射光学传感器在主方向上从初始的安装位置的位移。如果因为色粉图案和反射光学传感器之间的主方向上的位置不相配 (miss-match)，光斑的部分落在没有色粉图案的区中，那么光接收单元接收的反射光表示错误的数据，并且因此被测量的色粉浓度是错误的。举例来说，假设一个光发射元件发射一个检测光的光斑，一个光接收单元接收反射光，并且根据镜面(specular)反射光和漫反射光之间的差异计算色粉浓度。光接收元件被配置为接收镜面反射光。如果光斑的第一部分落在没有色粉图案的地方，并且第二部分落到色粉图案上，那么检测光的第一部分被镜面反射而第二部分被漫反射。结果，在光接收元件被配置以接收镜面反射光的构造中，同全部光斑落在色粉图案以外的情形比较，在光接收元件处被接收的镜面反射光的强度由于漫反射光的产生而减小。镜面反射光的强度的降低还可以在色粉图案处的色粉量较低时发生。因此，镜面反射光的强度的降低是起因于低色粉量或是光斑和色粉图案之间的不相配总是不清楚。为解决该问题，传统方法中，在主方向和副方向上都形成大约15mm到25mm尺寸的色粉图案，从而即使在位置不相配的情形中检测光的光斑也不能落在色粉图案以外。在该图像形成设备中，具体地说，在彩色图像形成设备中，作为精确的图像形成处理所必需的维持作业，使用色粉图案执行由反射光学传感器进行的色粉浓度的测量，以获得并维持高图像质量。因为色粉浓度测量作为与主要作业，即图像形成处理，分开的维护作业被执行，所以不能在色粉浓度测量期间执行图像形成。当通过光扫描写入将被显影成色粉图案的静电潜像时，光扫描所需要的时间与色粉图案的尺寸成比例。换句话说，色粉图案越大，图像形成的工作效率变得越低。另外，因为色粉容器等中的色粉的总量是固定的，所以当将被用于色粉图案的色粉的量增加时，将被用于主要作业，即图像形成的色粉的量则不利地减小。色粉图案越大， 耗费越多的用于色粉图案的的色粉。用这样的方式，传统的色粉浓度测量方法具有两个缺陷，即低工作效率和较大的用于色粉图案的色粉消耗量。
发明内容
本发明的目的在于至少部分解决传统技术中的问题。
根据本发明的一个方面，提供有一种在色粉图像形成设备上实施的色粉浓度计算方法。所述色粉浓度计算方法包括在沿第一方向移动的支撑构件的表面上形成预定的色粉图案；用光发射单元将检测光发射至所述支撑构件上；用光接收单元接收从所述支撑构件和所述色粉图案中的至少一个反射的反射光；以及基于所述支撑构件对所述检测光的反射特性和所述色粉图案对所述检测光的反射特性之间的差异，来计算所述色粉图案的色粉浓度，其中所述光发射单元包括在倾斜于所述第一方向的第三方向上排列的M个光发射元件，其中M等于或者大于3，其中所述光发射元件发射所述检测光，以使M个光斑以在第二方向上相邻的光斑之间的距离等于或者小于所述色粉图案在所述第二方向上的宽度的方式落到所述支撑构件上，所述第二方向在所述支撑构件的平面内垂直于所述第一方向，所述光接收单元包括接收被所述支撑构件和所述色粉图案中的至少一个反射的所述反射光的N 个光接收元件，其中N等于或者大于3，其中所述光接收元件与所述支撑构件相对，对应于所述光发射单元，在单个方向上排列，以及所述计算包括根据所述光接收元件的输出计算所述色粉浓度。根据本发明的另一个方面，提供有一种用于色粉图像形成设备中的反射光学传感器。所述反射光学传感器包括光发射单元，所述光发射单元将检测光发射至沿第一方向移动的支撑构件上，所述光发射单元包括在第四方向上排列的M个光发射元件，其中M等于或大于3，所述光发射元件独立地或者同时地点亮/熄灭；以及光接收单元，所述光接收单元接收从所述支撑构件和形成在所述支撑构件上的色粉图案中的至少一个反射的反射光，所述光接收单元包括在第五方向上排列的N个对应于所述光发射单元的光接收元件，其中N 等于或者大于3。根据本发明的又一个方面，提供有一种在色粉图像形成设备上实施的色粉浓度计算方法。所述色粉浓度计算方法包括在沿第一方向移动的支撑构件的表面上形成预定的色粉图案；用光发射单元将检测光发射至所述支撑构件上；用光接收单元接收从所述支撑构件和所述色粉图案的至少一个反射的反射光；以及基于所述支撑构件对所述检测光的反射特性和所述色粉图案对所述检测光的反射特性之间的差异，来计算所述色粉图案的色粉浓度，其中所述光发射单元包括在倾斜于所述第一方向的第三方向上排列的M个光发射元件，其中M等于或者大于3，所述光发射元件发射所述检测光，以使M个光斑以在第二方向上相邻的光斑之间的距离等于或者小于所述色粉图案在所述第二方向上的宽度的方式落到所述支撑构件上，所述第二方向中所述支撑构件的平面内垂直于所述第一方向，所述光接收单元包括接收被所述支撑构件和所述色粉图案中的至少一个反射的所述反射光的N个光接收元件，其中N等于或者大于3，所述光接收元件与所述支撑构件相对，对应于所述光发射单元，在单个方向上排列，所述发射包括从M个光发射元件依序发射所述检测光，以及所述计算包括当第一光发射元件发射所述检测光时，将对应于所述第一光发射元件的第一光接收元件的输出归类为代表镜面反射光的镜面反射输出，以及将不对应于所述第一光发射元件的光接收元件的输出归类为代表漫反射光的漫反射输出；以及基于归类的所述光接收元件的输出计算所述色粉浓度。通过结合附图理解本发明的如下优选实施方式的具体说明可更好地理解本发明的上述目的及其他目的、特征、优点及其技术上的和工业上的意义。
图1是根据本发明第一实施例的图像形成设备的示意图；图2是用于说明由图1中图解的反射光学传感器执行的色粉图案检测的示意图；图3A至3F是用于说明由反射光学传感器执行的色粉图案检测的示意图；图4A是根据本发明的第二实施例的反射光学传感器中光发射元件以及光接收元件的配置的示意图；图4B是根据本发明的第三实施例的反射光学传感器中光发射元件以及光接收元件的配置的示意图；图5是根据本发明的第四实施例的反射光学传感器中光发射元件以及光接收元件的配置的示意图；图6A是根据本发明的第五实施例的反射光学传感器中光发射元件以及光接收元件的配置的示意图；图6B是根据本发明的第六实施例的反射光学传感器中光发射元件以及光接收元件的配置的示意图；图6C是根据本发明的第七实施例的反射光学传感器中光发射元件以及光接收元件的配置的示意图；图7A是根据本发明的第八实施例的反射光学传感器的示意图；图7B是根据本发明的第九实施例的反射光学传感器的示意图；图8A至8C是根据本发明的第十实施例的反射光学传感器的示意图；图9A和9B是根据本发明的第十一实施例的反射光学传感器的示意图；图IOA是根据本发明的第十二实施例的反射光学传感器的示意图；图IOB是根据本发明的第十三实施例的反射光学传感器的示意图；图IlA至13C是用于说明根据本发明的第十四实施例的色粉浓度测量方法的柱形图；以及图14是根据本发明的第十五实施例的反射光学传感器装置的示意图。
具体实施例方式下面参照附图详细描述本发明的示范性实施例。用色粉形成图像的方法用于复印机、打印机、绘图仪、传真机、MFP等中。用色粉形成图像的方法包括形成静电潜像的处理和将静电潜像显影成色粉图像的处理。更具体地， 形成静电潜像的处理是，通过光扫描器等，将具有被均勻充电的表面的光电导潜像载体被光束曝光的处理。色粉图案是用于色粉浓度测量的色粉图像。通过显影预定的静电潜像来形成色粉图案。在测量中色粉图案位于支撑构件上。换句话说，色粉图案形成在支撑构件上，然后沿副方向移动至检测区域。可以通过对具有预定浓度的图案的图像进行的曝光或者通过光扫描写入来形成将被显影成色粉图案的静电潜像。如上所述，在色粉浓度测量中，支撑构件沿副方向移动，输送其上的色粉图案。举例来说，支撑构件可以是在其上形成静电潜像的潜像载体和用来转印色粉图像的转印带或者中间转印带。下面的说明书中，“预定的色粉图案”意思指色粉图案的形状是固定的。另外，“与副方向相交的单个方向”包括垂直于副方向的方向，即主方向。“在垂直于副方向的方向上相邻光斑之间的距离”意思指，当M个光发射元件的每一个发射检测光时，形成在支撑构件的表面上的光斑中排列在垂直于副方向的单个方向，即主方向上的相邻光斑之间的距离。 另外，“相邻光斑之间的距离”并不意味着在主方向上相邻光斑的中心之间的距离，而是如果相邻光斑未彼此重叠的话，则意味着在主方向上相邻光斑的圆周之间的距离。具体地说，在下面的说明中，假设M个光发射元件在主方向上以3mm间距(pitch) 排列并且圆形光斑的直径是2mm。换句话说，主方向上相邻光斑之间的距离是1mm。相邻光斑之间的Imm间隔不被暴露(expose)给检测光。然而，如果色粉图案大于在主方向上相邻光斑之间的距离(Imm)，当色粉图案经过在其上排列光斑的区域时，至少一部分色粉图案被暴露给任何光斑。因此，对于色粉图案来说在主方向上稍大于Imm就足够暴露给检测光的光斑。换句话说，在主方向上的宽度远小于常规的色粉图案(15mm至25mm)的色粉图案是足够的。在垂直于副方向的方向上的相邻光斑之间的距离应该被设置为小于主方向上色粉图案的宽度。即，相邻光斑之间的距离可以小于1mm，另外，相邻光斑可以在主方向上重叠。如果相邻光斑重叠，那么相邻光斑之间的距离是负值，以及暴露给检测光的光斑的区域使得单个区域在主方向上连续。因此，原则上，色粉图案在主方向上的宽度能够被无限减另外，即便光斑尺寸小于色粉图案在主方向上的宽度，也可以通过将相邻光斑在主方向上的间距调整为小于色粉图案在主方向上的宽度的值，使色粉图案必定暴露给检测光。这是因为，通过调整，在主方向上相邻光斑之间的距离变得小于色粉图案在主方向上的宽度。当光发射单元将检测光发射至支撑构件时，检测光从支撑构件的表面和/或色粉图案被反射，并被光接收单元接收。光接收单元包括三个或者更多光接收元件。在每一个光接收元件处接收的光强度，根据检测光的光斑和色粉图案之间的位置关系变化。根据三个或者更多光接收元件的输出精确地测量色粉浓度。众所周知，当检测光击中(strikes)色粉图案时，检测光被漫反射。另一方面，如果支撑构件的表面是镜面并且当检测光击中支撑构件的表面上的的色粉图案以外的区域时，检测光被镜面反射。举例来说，支撑构件可以是光电导潜像载体。因此，当检测光击中支撑构件的表面上的色粉图案以外的区域时，反射特性显示镜面反射，而当检测光击中色粉图案时反射特性显示漫反射。反射特性的差异引起在三个或者更多光接收元件处接收的光的强度的变化。因此，能够根据三个或者更多光接收元件的输出来测量色粉浓淡的程度(即，色粉浓度)。如果转印带或者中间转印带被用作支撑构件，在有些情况下，支撑构件的表面差不多如同镜表面反射基本上镜面地反射检测光，并在其它情况下对检测光进行漫反射。即使在支撑构件的表面对检测光进行漫反射的情形中，如果在来自色粉图案以外的区域的漫反射和来自色粉图案的漫反射之间存在差异，那么当检测光从色粉图案以外的区域被漫反射时，多个光接收元件处接收的光的强度的分布不同于当检测光从色粉图案被漫反射时的分布。因此，能够正确地测量色粉浓度。在下面的说明中，假设形成光发射单元的光发射元件的数量M，和形成光接收单元的光接收元件的数量N，两者都等于或大于三。允许将M设定为N(M = N)或者不同于 N(M兴N)。另外，允许将M设定为大于N(M> N)或者M小于N(M< N)。在单个方向上排列的三个或者更多的LED可以用作光发射单元的光发射元件。如果LED具有聚集发散光的透镜功能，则LED以检测光在支撑构件上形成具有期望大小的光斑这样的方式配置。替代地，包括三个或者更多的光发射元件的LED阵列可以用作光发射单元。在这种情况下，能够使光聚集光学系统包括在光发射单元中以聚集从LED阵列发射的光。PD可以用作光接收单元的光接收元件。替代地，包括三个或者更多PD(例如电荷耦合装置(CCD)线性传感器)的PD阵列可以用作光接收单元。如上所述，M或者N的下限是三。基于用于色粉浓度测量的反射光学传感器的实际大小适当地确定M或者N的上限。M的上限优选为大约500。N的上限可以是与在上述PD 阵列中的PD的数量一样大的几千。能够以各种方式打开/熄灭总数为M的光发射元件。举例来说，所有的光发射元件同时地打开/熄灭。替代地，光发射元件依序相继地打开/熄灭。另外地，光发射元件可以被归类成多个组。举例来说，偶数号的组和奇数号的组交替地配置。光发射元件从配置在端部的组开始以组为基础依序打开/熄灭。M等于P.m。光发射单元包括P个组，每一组都包括m个光发射元件。每一组的第一光发射元件同时地点亮/熄灭，即总数为P的第一光发射元件同时地点亮/熄灭。然后， 每一组的第二光发射元件同时地点亮/熄灭，即总数为P的第二光发射元件同时地点亮/ 熄灭。重复该点亮/熄灭操作直到每一组的第m光发射元件点亮/熄灭。色粉图案是具有固定形状的被形成为测量色粉浓度的色粉图像。举例来说，色粉图案可以是表示基准浓度的同质色粉图像。图像形成设备基于色粉图像的浓淡程度判定色粉浓度是否比基准浓度高。另外地，如后面描述的，色粉图案可以是每一个都表示不同的基准浓度的色粉图像的集合。尽管每一个色粉图像都是色粉图案，但是色粉图像的集合也可以被称作“色粉图案”。另外地，不同的色粉图像形成单个图案。换句话说，该单个图案是具有逐渐改变的各种色粉浓度的渐变(gradation)图像。光发射单元包括M个在单个方向上排列的光发射元件，这里M > 3。光发射元件各自地或者同时地点亮/熄灭。光接收单元包括N个在单个方向上排列的对应于光发射单元的光接收元件，这里 N彡3。光发射单元能够包括M个独立的LED作为光发射元件。另外地，举例来说，光发射单元可以是包括M个LED的LED阵列。光接收单元能够包括N个独立的PD作为光接收元件。另外地，举例来说，光接收单元可以是包括N个PD的PD阵列。在下面的说明中，“光发射元件和光接收元件在单个方向上排列”不仅包括光发射元件和光接收元件排列在单个方向上延伸的一行上，还包括光发射元件和光接收元件排列成在单个方向上延伸的平行的数行上。光发射元件和光接收元件排列在其上的数行，当然平行于主方向或者与主方向相交。这数行彼此平行。
通过使用反射光学传感器，图像形成设备能够根据本发明的任意实施例执行色粉浓度测量方法。如果不对应于某一个光发射元件的光接收元件的数量是N-3或N-2，则光发射元件的数量(M)等于光接收元件的数量(N)，S卩，光发射元件以一对一的方式对应于光接收元件。当某个光发射元件被配置在除两端以外的位置时，不对应的光接收元件的数量是 N-3。当某个光发射元件被配置在一端时，不对应的光接收元件的数量是N-2。在另一个情形中，当某个光发射元件被配置在除两端以外的位置时，不对应的光接收元件的数量是 N-On+1)，以及当某个光发射元件被配置在一端时，不对应的光接收元件的数量是N-2n，其中η是自然数。参照图1描述根据本发明第一实施例的图像形成设备。图1中图解的图像形成设备是彩色图像形成设备；然而，下述说明也将适用于单色图像形成设备。用包括黄色(Y)、品红色(M)、青色(C)和黑色(K)的四种色粉形成彩色图像。图像形成设备包括光扫描装置20。光扫描装置20可以是任何公知的扫描器。图像形成设备包括作为光电导潜像载体的鼓状感光元件11Y、1 IMUlC和11Κ。感光元件IlY用于形成黄色色粉图像，感光元件IlM是用于品红色色粉图像、感光元件IlC是用于青色色粉图像以及感光元件IlK是用于黑色色粉图像。光扫描装置20通过光扫描将图像写在感光元件11Y、11M、11C和IlK上。感光元件11Y、1 IMUlC和IlK沿顺时针方向以等速旋转，被作为充电单元的充电辊TY、TM、TC和 TK均勻地充电，并被光扫描装置20扫描。如此，用于黄色、品红色、青色和黑色的静电潜像 (负negative潜像)分别被写在感光元件11Y、11M、11C和IlK上。那些静电潜像通过显影装置GY、GM、GC和GK被显影，如此黄色色粉图像、品红色色粉图像、青色色粉图像以及黑色色粉图像分别作为正像被形成在感光元件11Y、11M、11C和 IlK 上。色粉图像经由转印带17转印在记录纸张(未显示)(例如，转印纸以及用于高射投影仪的塑料片)上。记录纸张从配置在转印带17下面的纸张台(未显示)传送至图1中图示的转印带17的右上周边。然后，记录纸张通过静电力的作用被附着于转印带17，并通过转印带17 的逆时针方向旋转被传送到图1的左侧。在被传送的同时，记录纸张依序通过转印构件15Y 从感光元件IlY接收黄色色粉图像，通过转印构件15M从感光元件IlM接收品红色色粉图像，通过转印构件15C从感光元件IlC接收青色色粉图像，以及通过转印构件1 从感光元件IlK接收黑色色粉图像。用这样的方式，以叠加的方式在记录纸张上形成全色图像。然后，全色图像通过定影装置19被定影在记录纸张上。具有全色图像的记录纸张被排出图像形成设备。全色图像能够以叠加方式形成在中间转印带上，然后从中间转印带转印至记录纸张，而不是直接在记录纸张上形成。图1中图解的图像形成设备包括反射光学传感器OSl至0S4。在图像形成设备中， 如上所述通过光扫描将图像写在感光元件11Y、11M、1IC和1IK上。光扫描中的主扫描方向是垂直于图1的图面的方向，被称为“主方向”。通过使用反射光学传感器OSl至0S4测量色粉浓度的方法如下所述。光扫描装置20将某个静电潜像写到每一个感光元件11Y、11M、11C和IlK上；显影装置GY、GM、GC和GK将静电潜像显影成色粉图像；色粉图像从感光元件11Y、11M、1IC和1IK 直接转印至转印带17的表面。如此，形成色粉图案。从上面说明清楚可知，转印带17作为第一实施例中的“支撑构件”。即，为什么转印带17适当地被称作“支撑构件17”。色粉图案被形成在转印带17上，即支撑构件上，并且通过转印带17的旋转被移动至检测区域。然后，通过使用反射光学传感器OSl至0S4执行色粉浓度测量。通过配置在右侧，即反射光学传感器OSl至0S4的下游的清除装置(未显示)，将色粉图案从转印带17的表面去除。图2是说明形成在转印带17，即支撑构件上的色粉图案和反射光学传感器OSl至 0S4之间的关系的示意图。图2中配置反射光学传感器OSl至0S4的方向是主方向。另一方面，箭头A指示的转印带17旋转的方向是副方向。位置检测图案PPl至PP4被分别用来检测黄色至黑色的色粉图像的位置。色粉图案DPl至DP4被用来测量色粉浓度。色粉图案DPl用于测量黄色色粉浓度，色粉图案DP2用于测量品红色色粉浓度，色粉图案DP3用于测量青色色粉浓度，以及色粉图案DP4用于测量黑色色粉浓度。换句话说，反射光学传感器OSl至0S4在主扫描方向上排列的四个点检测色粉图像的位置。另外，反射光学传感器OSl测量黄色色粉浓度，反射光学传感器0S2测量品红色色粉浓度，反射光学传感器0S3测量青色色粉浓度，以及反射光学传感器0S4测量黑色色粉浓度。在图2中图解的实例中，色粉图案DPl至DP4在主方向上排列；然而，可以在副方向上排列色粉图案DPl至DP4。在后一情形中，反射光学传感器OSl依序测量各种色粉浓度。 允许停止反射光学传感器0S4的操作，并通过使用其它三个反射光学传感器OSl至0S3，在主扫描方向上排列的三个点处检测位置检测图案PPl至PP3。如图2中图解的，位置检测图案PPl至PP4形成在转印带17上的与反射光学传感器OSl至0S4分别相对的某个位置。每一个位置检测图案PPl至PP4包括四对线条图案。 每一对包括平行于主方向的平行线和不平行于主方向的倾斜线。用黄色色粉、品红色色粉、 青色色粉和黑色色粉形成四对。尽管在第一实施例中反射光学传感器检测在转印带17上形成的色粉图案，该转印带17用来传送记录纸张并将色粉图像转印在记录纸张上的，但是，反射光学传感器也能够被构造为检测在作为潜像载体的感光元件或者中间转印带(或者中间转印介质)上形成的色粉图案。下面描述反射光学传感器OSl至0S4和色粉图案的测量。四个反射光学传感器OSl 至0S4具有同样的构造，因此只描述反射光学传感器0S1。图3A是反射光学传感器OSl的示意图。图3A中的箭头对应于副方向，以及在纸张的平面中垂直于副方向的方向对应于主方向。反射光学传感器OSl包括光发射单元和光接收单元。光发射单元和光接收单元被容纳在壳体中作为单元。光发射单元包括M个发射检测光的光发射元件El至E5 (M = 5)。光发射元件El至E5平行于主方向以相等的间距排列。光接收单元包括N个接收反射光的光接收元件Dl至D5 (N =幻。对应于光发射元件El至E5，光接收元件Dl至D5也平行于主扫描方向以相等的间距排列。反射光学传感器OSl如图1中图解的被配置在转印带17 上较低的位置。光发射元件El至E5分别在对应于光接收元件Dl至D5的位置上在主方向上排列。 如图:3B中图解的，当光发射元件Ei，这里i是从1至5任意的整数，将检测光发射到作为支撑构件的转印带17的表面，相应的光接收元件Di接收从转印带17反射的检测光。这意味着光接收元件Dl至D5的相邻元件之间的间距等于光发射元件El至E5的相邻元件之间的间距。为使说明更简洁，转印带17的表面假定为镜面。当光发射元件发射检测光时，对应的光接收元件接收从转印带17的表面被镜面反射的检测光。即，光接收元件Dl至D5中任意一个接收的如图:3B中图解的反射光是从转印带17 的表面反射的镜面光。例如，光发射元件El至E5是LED。例如，光接收元件Dl至D5是PD。光发射元件El至E5的间距被设定为这样的值，当光发射元件El至E5发射检测光并在转印带17的表面形成在主扫描方向上排列的五个检测光的光斑时，相邻的光斑之间的距离小于色粉图案DPl在主方向上的宽度。如上所述，用黄色色粉形成图3A中图解的色粉图案DPI。色粉图案DPI包括各种具有不同的渐变浓度的矩形色粉图案(图2中的五个图案)。换句话说，色粉图案DPl是具有不同的色粉浓度的五个矩形的集合。通过调整光扫描中的激光功率、发射光的占空比 (duty)，或者显影偏压来形成那些具有不同的色粉浓度的矩形色粉图案。如图3A和;3B中图解的，色粉图案DPl被形成在作为支撑构件的转印带17的表面上，然后向反射光学传感器OSl的检测区域移动。色粉图案DPl被形成的时刻以及色粉图案DPl移动至检测区域所需要的时间是基本上固定的。当色粉图案DPl接近检测区域时，光发射元件El至E5开始点亮/熄灭。在色粉图案DPl的检测之前执行位置检测图案PPl的检测。将在下面描述位置检测图案PPl的检测。当光发射元件El至E5发射检测光时，在转印带17的表面上形成的光斑的尺寸被设定为例如2mm，小于光发射元件El至E5的间距，例如3mm。五个光斑在转印带17上排列在主方向上。色粉图案DPl的每一个矩形色粉图案在主方向上的宽度被设定为例如2. 5mm，小于光发射元件El至E5的间距，例如3mm。即，相邻光斑之间在主方向上的距离是1mm，小于矩形色粉图案在主方向上的宽度 2. 5mmο光发射元件El至E5从光发射元件El开始到光发射元件E5依序点亮/熄灭。更具体的是，首先，光发射元件El点亮然后熄灭。其次，光发射元件E2点亮然后熄灭。然后， 第三，光发射元件E3点亮然后熄灭。随后，光发射元件E4以及然后光发射元件E5以同样的方式点亮/熄灭。光发射元件El至E5的点亮/熄灭操作以高速重复。如此，用五个检测光的光斑在主方向上反复扫描转印带17的表面。以下，此操作被称作“用检测光的光点扫描”。如上所述，转印带17的表面是镜面。如果检测光击中色粉图案以外的区域，那么被反射的检测光是镜面光。当检测光从色粉图案以外的区域镜面反射时，光接收元件Di，其中i是从1至5任意的整数，处于接收只从相应的光发射元件Ei发射出的镜面光的位置。举例来说，在上述状况下，考虑色粉图案DPl在主方向上的中心落到从光发射元件E3发射出的检测光的光斑上的情况。如图3C中图解的，当光发射元件El、E2、E4和E5 将检测光发射至转印带17时，检测光从转印带17的表面被镜面反射，然后分别在光接收元件D1、D2、D4和D5被接收。另一方面，当光发射元件E3点亮并将检测光发射至色粉图案DPl时，检测光的一部分被镜面反射并且检测光的其他部分被色粉图案DPl漫反射。在光接收元件D3接收的镜面反射成分的量由于漫反射成分的量而减小。漫反射光在其他的光接收元件Dl、D2、D4和D5处被接收。结果是，在光发射元件E3发射检测光的情形中，光接收元件D3的输出相对较低 (比当检测光落入没有色粉图案的地方时的值低)，同时其它的光接收元件D1、D2、D4和D5 的输出大于零。可以从输出的结果识别色粉图案DPl (色粉图案DPl的一个矩形色粉图案)位于在主方向上与光发射元件E3相对的位置。如果色粉图案在光发射元件E3和E4之间，当光发射元件E3点亮时，光接收元件 D3的输出较低，并且当光发射元件E4点亮时，光接收元件D4的输出较低。从输出的结果确定色粉图案在主方向上光发射元件E3和E4之间。如果光接收元件D3的输出比光接收元件D4的输出更低，那么色粉图案更靠近光发射元件E4。用这样的方式，能够以比光发射元件El至E5的间距小一位的精度(one digit) (例如，举例来说，根据光接收元件D3和D4的输出之间的比率，低至间距的十分之一)精确地检测色粉图案DPl在主方向上的位置。这指的是，举例来说，如果100个光发射元件El至EM (M= 100)以100 μ m间距在主方向上排列，配置宽度是10mm。以和光发射元件El至EM相同的方式，总共100个光接收元件Dl至DN (N = 100) 在主方向上以IOOym的间距排列。当光发射元件Ei，其中i是从1至100的任意整数，将检测光发射至支撑构件时，检测光被镜面反射，并在相应的光接收元件Di处被接收。色粉图案在主方向上的宽度等于光发射元件El至EM的间距100 μ m。在光发射元件El至100 依序点亮/熄灭的同时，分析光接收元件的输出的变化。如果，当光发射元件Ej和光发射元件Ej+Ι点亮时，光接收元件Dj的输出和光接收元件Dj+Ι的输出较低，那么确定色粉图案在主方向上光发射元件Ej和Ej+Ι之间。换句话说，在主方向上具有宽度ΙΟΟμπι的色粉图案能够以比ΙΟΟμπι小一位的精
度被精度地检测。如果使用LED阵列，则容易实现100个光发射元件以100 μ m间距的配置。另夕卜， 如果使用PD阵列，容易实现100个光接收元件以ΙΟΟμπι间距的配置。即使几十到几百um 间距的LED和PD阵列也是可用的。包括各自作为光发射元件El至E5的LED和各自作为光接收元件Dl至D5的PD的反射光学传感器可以用作根据第一实施例的反射光学传感器0S1。LED和PD由树脂模压或者表面安装以集成的和高密度的方式形成。如果使用能够以毫米为单位调整的超小型LED 和PD，间距能够减少到大约1mm。通过使用超小型LED和PD，具有主方向上的宽度Imm的色粉图案的位置能够精确至毫米被检测。如上所述，色粉图案DPl被用来测量黄色色粉浓度。色粉图案DPl包括具有不同的渐变浓度的在副方向以预定间距排列的五个矩形色粉图案。举例来说，如果在光发射元件El至E5依序打开/熄灭的同时，从光发射元件E3发射的检测光的光斑落在色粉图案上，那么在光接收元件D3接收的镜面反射光的强度减小， 而由于漫反射光的量使得其它的光接收元件的输出增加。镜面反射光的量与色粉浓度成反比，而漫反射光的量和色粉浓度成正比。因此，能够根据代表镜面反射光的光接收元件D3的输出和其它光接收元件的输出测量色粉图案的色粉浓度。更具体的是，那些输出通过放大器(图未示)被放大，然后受到期望的信号处理。然后，通过使用色粉浓度计算处理，从处理的信号计算出色粉浓度。基于图像形成设备的实际的实施例，在实验上确定用于计算色粉浓度的算法。用这样的方式，通过将检测光从反射光学传感器发射到色粉图案的正确位置，精确地测量色粉浓度。另外，因为以非常小的间距排列光发射元件和光接收元件，所以，即便色粉图案在主方向上的宽度较小，也能够以和间距同样小的单位精确地检测色粉图案在主方向上的位置。在第一实施例中，如果以大约Imm间距排列独立的超小型LED和PD被用作光发射元件El至E5和光接收元件Dl至D5，色粉图案DPl在主方向上的宽度是Imm就足够了。如果色粉图案DPl包括如图3A中所示的五个矩形色粉图案，那么每一个色粉图案在副方向上的宽度小于Imm就足够了。贝丨」，色粉图案DPl的面积是5mm2，等于传统的25mmX25mm的色粉图案的1/125。因为色粉图案DPl的面积较小，所以色粉图案DPl能够在短时间内形成。这可以抑制图像形成的工作效率的降低。另外，用于色粉图案的色粉量以与色粉图案的面积被减小的相同比例被显著地减少到1/125。通过使用位置检测图案PPl等，反射光学传感器能够检测色粉图像在副方向的相对位置以及色粉图像在主方向的位置。图3D到3F是用于说明通过使用位置检测图案PPl的位置检测的示意图。位置检测图案PPl包括每一个都平行于主方向的平行的线条图案LPY1、LPMU LPCl和LPK1，和每一个都不平行于主方向的倾斜的线条图案LPY2、LPM2、LPC2和LPK2。线条图案LPYl和LPY2配对，并且用黄色色粉形成。线条图案LPMl和LPM2配对，并用品红色色粉形成。线条图案LPCl和LPC2配对， 并用青色色粉形成。线条图案LPKl和LPK2配对，并用黑色色粉形成。四对线条图案以这些对在副方向上以固定间隔排列的方式形成。如果这些对实际上以固定间隔在副方向上排列，那么确定黄色色粉图像、品红色色粉图像、青色色粉图像和黑色色粉图像之中的位置关系在副方向上是正确的。
为确定在副方向上的位置关系是否正确，举例来说，如图3D图解的，当位置检测图案PPl接近反射光学传感器的检测区时光发射元件E3点亮。光发射元件E3连续时间点当位置检测图案PPl移动时，从光发射元件E3发射的检测光的光斑在支撑构件上沿副方向相对移动，从而逐个照亮线条图案LPYl至LPK1。当检测光落到任何线条图案上时，接收镜面反射光的光接收元件D3的输出减小， 同时接收漫反射光的其它光接收元件的输出增加。因此，能够通过以时间追踪光接收元件 Dl至D5的输出，测量检测光移动通过四个线条图案当中的间隔所花费的时间。如果时间间隔相等，则确定色粉图像间在副方向上的位置关系是正确的。如果时间间隔不相等，则确定位置关系是不正确的。另外，能够从输出的变化测量位置关系的偏差量。如果位置关系是不正确的，则基于偏差量调整开始光扫描的时刻。另一方面，色粉图像间在主方向上的位置关系按下述方法被确定。在下面的说明中，参照作为实例的图3E和3F检测黄色色粉图像的位置。图3E是配置在正确位置的黄色色粉图像的示意图。检测光的光斑从线条图案 LPYl移动到线条图案LPY2花费时间T。图3F是配置在主方向上偏离AS的不正确位置的黄色色粉图像的示意图。因为线条图案LPY2不平行于线条图案LPY1，所以检测光的光斑从线条图案LPYl移动到线条图案LPY2所需要的时间更长，即Τ+ΔΤ。因此，由作为T和T+Δ T之间的差值的Δ T计算出偏
Hfio更具体的是，AS和Δ T之间的关系如下AS · tan θ = V · Δ T其中θ是线条图案LPY2和主方向之间的角度，V是作为支撑构件的转印带17在副方向上的速度。因此，Δ S被计算出如下所述AS = V' ΔΤ · cot θ如参照图3Α到3C描述的，在反射光学传感器OSl中，光发射元件El至Ε5依序点亮/熄灭以检测色粉图案。从光发射元件El的点亮/熄灭到光发射元件Ε5的点亮/熄灭要花费一定时间。该一定时间被称作“扫描时间”。在扫描时间期间，色粉图案(即，单个的矩形色粉图案)应该在将被反射光学传感器光点扫描的区域(即，依序闪动的检测光的光斑落下的区域)(以下，“扫描区域”)之内。 换句话说，在色粉图案在扫描范围之内时执行光发射元件El至Ε5的依序点亮/熄灭。如果反射光学传感器的光发射元件的数量M较小，则扫描时间将较短。如上所述，为通过减少形成色粉图案的时间来维持图像形成的工作效率并且有效地减少用于色粉图案的色粉量，色粉图案必须较小。为正确地将小的色粉图案暴露给检测光，借此测量正确的色粉浓度，必须将光发射元件以及光接收元件的间距减小对应于色粉图案在主方向上的宽度的减少的量。考虑到色粉图案和反射光学传感器在主方向上的不相配，光发射元件和光接收元件的配置区域的长度要求大约为10mm。当间距减小时，光发射元件的数量M增加到相当大的数量。当M增加时，扫描时间增加。
其上形成有色粉图案的支撑构件在扫描时间内在副方向上移动距离V · st，这里 st是扫描时间，V是支撑构件在副方向上移动的速度。如果M太大而V不变，则扫描时间变得比色粉图案经过扫描范围所需要的时间更长。倘若如此，难以测量正确的色粉浓度。本发明的第二实施例和第三实施例公开了一种解决该问题的方案，并且分别参照图4A和4B描绘那些实施例。根据第二实施例和第三实施例的反射光学传感器包括15个光发射元件El至E15和15个光接收元件Dl至D15。光发射元件El至E15以一对一的方式分别对应于光接收元件Dl至D15。尽管图4A和图4B中图解的光发射元件和光接收元件各自都是15个，但在实际中也使用数十到数百个光发射元件和光接收元件。为使得图示更简洁，在第二实施例和第三实施例中的光发射元件和光接收元件的数量被设定为15。换句话说，光发射元件和光接收元件可以多于15个或少于15个。在图4A中图解的第二实施例中，光发射元件El至E15和光接收元件Dl至D15从光发射元件El和光接收元件开始依序在主方向上排列。另外，光发射元件El至E15和光接收元件Dl至D15被分成第一组、第二组和第三组。第一组包括光发射元件El至E5和光接收元件Dl至D5 ；第二组包括光发射元件E6至ElO和光接收元件D6到DlO ；第三组包括光发射元件Ell至E15和光接收元件Dll至D15。每一组的光发射元件排列成单行，并且每一组的光接收元件排列成单行。当反射光学传感器位于测量色粉浓度的位置时，第二组的行在副方向上从第一组的行移动AL，以及第三组的行从第二组的行移动AL。基于支撑构件在副方向上移动的速度决定距离AL。在色粉图案以速度V在副方向上移动的同时，光发射元件El至E15依序点亮/熄灭。光发射元件El至E5的点亮/熄灭所需要的时间、光发射元件E6到ElO的点亮/ 熄灭所需要的时间、以及光发射元件Ell至E15的点亮/熄灭所需要的时间相等，更具体的是，st/3，其中st是扫描时间。色粉图案在时间st/3内在副方向上移动距离V· st/3。因此，如果Δ L被设定为如下所示AL = V· st/3则通过光发射元件El至E15对色粉图案进行的光点扫描在扫描时间内完成。在图4B中图解的第三实施例中，当反射光学传感器处于测量色粉浓度的位置时， 光发射元件El至E15和光接收元件Dl至D15在以角度α倾斜于主方向的单个方向上排列。基于支撑构件在副方向上移动的速度决定角度α。更具体的是，如果角度α满足下列方程式Z · tana = V · st其中st是扫描时间，Z是光发射元件El至E15和光接收元件Dl至D15排列成的行在主方向上的长度，则光发射元件El至E15对色粉图案进行的光点扫描在扫描时间内完成。在如图5图解的本发明的第四实施例中，光点扫描被如下所述优化。根据第四实施例的反射光学传感器包括15个光发射元件和15个光接收元件。光发射元件分别以一对一的方式与光接收元件对应。尽管如图5中图解的光发射元件和光接收元件各自都是15个，但在实际中也使用数十到数百个光发射元件和光接收元件。为使得图示更简洁，在第四实施例中的光发射元件和光接收元件的数量被设定为15。换句话说，光发射元件和光接收元件可以多于15个或少于15个。当反射光学传感器处于测量色粉浓度的位置，15个光发射元件排列的方向和15 个光接收元件排列的方向基本上平行于主方向。15个光发射元件的每一个与15个光接收元件的相应的一个配对。光发射元件和光接收元件被分成三个组Gl、G2和G3。组Gl、G2和G3在主方向上延伸的单行上排列。组Gl包括五对，更具体的是，光发射元件Ell至E15和光接收元件Dll至D15。组 G2包括五对，更具体的是，光发射元件E21至E25和光接收元件D21至D25。组G3包括五对，更具体的是，光发射元件E31至E35和光接收元件D31至D35。所有的三个组Gl、G2和G3具有相同的结构。当反射光学传感器处于测量色粉浓度的位置时，每一组的第一光发射元件，S卩，光发射元件E11、E21和E31同时点亮/熄灭。然后，每一组的第二光发射元件，即，光发射元件E12、E22和E32同时点亮/熄灭。然后，光发射元件E13、E23和E33，光发射元件E14、 E24和E34，以及光发射元件E15、E25和E35依序点亮/熄灭。具有该构造，能够将扫描时间减少到第二实施例和第三实施例中的扫描时间的三分之一。因此，在色粉图案穿过扫描范围的同时完成光点扫描。作为第四实施例的改变，允许以光发射元件和光接收元件在与主方向倾斜某个角度的方向上排列的这样的方式，将除光发射元件Ell、E21和E31以及光接收元件Dll、D21 和D31以外的光发射元件和光接收元件在副方向上移动而使光发射元件E11、E21、E31和光接收元件D11、D21、D31维持在图5中图解的各自的位置。以与第三实施例同样的方式，基于支撑构件在副方向上移动的速度决定某个角度。与第一实施例相比较，在第二、第三和第四实施例中使用更多的光发射元件和光接收元件。如果间距不变，反射光学传感器在主方向上的长度，即，传感区域增大。换句话说，色粉图案和反射光学传感器之间在主方向上的位置不相配的允许量增加。另一方面，如果反射光学传感器的长度不变，相邻的光发射元件和光接收元件之间的间距减小。这导致主方向上的空间分辨率的增加。如上所述，光发射元件的数量M能够被设定为与光接收元件的数量N不相等。在图6A到6C中图解的本发明的第五到第七实施例中，M不等于N。在图6A中图解的第五实施例中，N是15，M是30。光发射单元包括15个以等间距排列在主方向上延伸的单行上的光发射元件 ElU…、Eli、…和E115，以及15个以等间距排列在主方向上延伸到另一单行上的光发射元件E21、...、E2i、…和E215。光发射元件E21、…、E2i、…和E215的位置在主方向上分别与光发射元件E11、…、Eli、…和E115的位置相同。光接收单元包括位于两行光发射元件之间的15个以等间距排列在主方向上延伸的行上的光接收元件D1、…、Di、…和D15。光接收元件D1、…、Di、…和D15的位置在主方向上分别与光发射元件E11、…、Eli、…和E115的位置相同，S卩，在主方向上分别与光发射元件E21、…、E2i、…和E215的位置相同。在主方向上以相同位置排列的光发射元件Ell和E21同时点亮/熄灭。然后，光发射元件E12和E22同时点亮/熄灭。点亮/熄灭操作以同样的方式重复直到光发射元件 E115和E215点亮/熄灭。如此，照亮支撑构件和色粉图案的检测光的输出大约成两倍。一般说来，被用作光发射元件的LED的输出，不取决于光发射元件的面积而是取决于施加的电流密度。如果施加的电流密度增加，输出增加但LED的使用寿命减小。为维持使用寿命，施加的电流密度最好是比某个标准更低。如果光发射元件面积增加(施加的电流密度不变)， 施加的电流量增加。然而，光发射元件面积的增加导致照明支撑构件和色粉图案的光斑的增大。为解决该问题，优选的是使光的输出为两倍。这已经通过如图6A中图解的，配置以光发射元件面积和电流密度不变的两行光发射单元来实现。在图6A中图解的第六实施例中，N是30，M是15。光接收单元包括15个以等间距排列在主方向上延伸的单行上的光接收元件 DlU…、Dli、…和D115，以及15个以等间距排列在主方向上延伸到另一单行上的光接收元件D21、…、D2i、…和D215。光发射单元包括15个位于两行光接收元件之间、以等间距排列在主方向上延伸的单行上的光发射元件E1、…、Ei、…和E15。光发射元件Ei、光接收元件Dli和光接收元件D2i的位置在主方向上相同，这里i是从1至15的任意整数。因为接收检测光(反射光)的PD排列成两行，所以光接收灵敏度为2倍。另外地，如果在副方向上的光接收元件面积增加到PD排列成单行的两倍，那么光接收灵敏度增加。然而，光接收灵敏度的增加相对较小，特别地当从支撑构件和色粉图案反射的检测光的光斑的尺寸较小时。考虑到光接收灵敏度的提高，如图6B中图解的，将PD在副方向上对称地配置成两行并将LED配置在两行之间是更有效的。参照图2到6B描述的第一到第六实施例，光发射元件和光接收元件以相等间距排列，并且光发射元件的间距等于光接收元件的间距。然而，可以将光发射元件的间距设定为不同于光接收元件的间距。参照图6C描述根据本发明的第七实施例，其中光发射元件的间距不同于光接收元件的间距。在第七实施例中，有7个光发射元件E1、…、Ei、…和E7以及14个光接收元件D1、…、Di、…和D14。光接收元件以光发射元件的间距的一半的间距排列。光发射元件El至E7的每一个对应于两个光接收元件。用这样的方式，通过减少PD的间距增加主方向上的空间分辨率。如果反射光学传感器被配置在不平行于主扫描方向的行上，则获得主方向上更高的空间分辨率。更具体的是，假设反射光学传感器以这样的方式配置，即主扫描方向和光发射元件以及光接收元件排列的行之间的夹角是β，并且光发射元件和光接收元件的间距是Pt。 则，从光发射元件和光接收元件在主方向上投影的点的间距减少到Pt · COS β，即空间分辨率增加。在上述实施例中，通过树脂模压或者通过以集成和高密度的方式的表面安装形成作为光发射元件和光接收元件的LED和PD。如上所述，如果使用能够以毫米为单位调整的超小型LED和PD，间距能够减少到大约1mm。为增大空间分辨率，必须基本地减小光发射元件和光接收元件的间距。在LED和
22PD被整体配置的LED阵列和PD阵列中，间距极小。在本发明的第八实施例和第九实施例中使用LED阵列和PD阵列。在图7A中图解的第八实施例中，反射光学传感器OSll包括LED阵列(光发射单元)EA和PD阵列(光接收单元)DA。LED阵列EA包括在相同衬底上以等间距排列成单行的作为光发射元件El至E6的6个LED。PD阵列DA包括在相同衬底上以等间距排列成单行的作为光接收元件Dl至D6的6个PD。LED阵列EA和PD阵列DA容纳在反射光学传感器OSll的同一壳体内。在图7B中图解的第九实施例中，反射光学传感器0S12包括光发射/接收单元阵列DEA。光发射/接收单元阵列DEA包括配置在同一衬底上的作为光发射单元El至E6的 6个LED和作为光接收元件Dl至D6的6个PD。6个LED以等间距排列成单行。6个PD以等间距排列成单行。光发射/接收单元阵列DEA容纳在反射光学传感器0S12的同一壳体内。如图7A和7B中图解的，光发射元件的间距等于光接收元件的间距。每一个光发射元件在主方向上的位置与相应的光接收元件的位置相同。然而，在与图6A和6C中图解的第五到第七实施例相同的方式中，光发射元件的数量和间距可以不同用于光接收元件的数量和间距。为使得图示和说明更简洁，在图7A和7B中只图解6个光发射元件和6个光接收元件。换句话说，光发射元件和光接收元件可以多于6个或少于6个。用这样的方式，如果LED阵列和PD阵列被用作光发射单元和光接收单元，那么光发射元件和光接收元件的间距能够是从几十微米到几百微米。换句话说，可以得到极高的空间分辨率。如果使用通过半导体加工制造的LED阵列和PD阵列以取代单个LED和PD，可以获得极高的光发射元件和光接收元件的位置精确度。在图7B中图解的第九实施例中，因为LED阵列和PD阵列整体地形成在同一衬底上，所以可以非常精确地完成光发射元件和光接收元件之间的相对位置。至于色粉图案反射特性，每一种颜色的色粉图案具有不同的波长相关性。然而，每一种颜色的色粉图案具有差不多相同的近红外或者红外线相关性，特别地，与具有从SOOnm 到IOOOnm范围内的波长的光线的相关性。因此，反射光学传感器内的光发射元件最好发射具有上述范围内的波长的光。另外，形成光发射单元的LED最好发射具有相同波长的光。考虑到波长，最好是使用LED阵列作为光发射单元，因为在加工基础(processing basis)上LED发射具有相同波长的光。如果形成光接收单元的N个光接收元件波长敏感度彼此不同，即便光接收元件接收从色粉图案反射的相同的光，光接收元件的输出也彼此不同，这导致对于色粉浓度的计算中的误差。因此，优选使用具有同样的峰值敏感度波长的PD作为光接收单元的光接收元件。 考虑到峰值敏感度波长，最好使用PD阵列作为光接收单元，因为在加工基础上PD阵列的PD 具有相同的峰值敏感度波长。考虑到通过光接收单元接收从光发射单元发射的检测光的效率，优选是使从形成为光发射单元的LED发射的检测光的波长与形成光接收单元的PD的峰值敏感度波长以几十纳米的精确方式基本上匹配。从典型的GaAs基LED发射的光的波长大约是950nm。典型的硅基PD的峰值敏感度波长是从800nm到lOOOnm。因此，典型的GaAs基LED和典型的硅基PD优选作为光发射元件和光接收元件。可以通过调整LED和PD的组合或者结构来使波段移动。如此，从LED发射的检测光的波长能够被设定为基本上与PD的峰值敏感度波长匹配。如上所述，在反射光学传感器中，光发射单元的光发射元件将检测光的光斑发射至支撑构件或者色粉图案上。如果每一个都整体地包括具有聚集发散光的透镜功能的构件的独立的LED被用作光发射元件，则LED独立地形成检测光的光斑。如果不具有聚集检测光的透镜功能的LED阵列被用作光发射单元，则必须添加从光发射元件接收检测光并且将检测光聚集并引导至支撑构件的表面的照明光学系统，和/ 或从支撑构件的表面接收反射的光并将反射光聚集并引导至光接收元件的光接收光学系统。通过使用照明光学系统和/或光接收光学系统，能够形成检测光的光斑。即便具有聚集检测光的透镜功能的独立的LED被用作光发射元件，也允许添加照明光学系统和/或光接收光学系统，从而以更高效的方式形成检测光的光斑。参照图8A到8C描述本发明的第十实施例。图8A是根据第十实施例的反射光学传感器OS的沿主方向观察的示意图。光发射单元包括以等间距排列在主方向上延伸的单行上、作为光发射元件El至 E5的5个独立的LED。光接收单元包括以等间距排列在主方向上延伸的单行上、作为光发射元件Dl至D5的5个独立的PD。作为光发射元件的LED具有聚集发散光的透镜功能。反射光学传感器OS包括照明光学系统LE和光接收光学系统LD。如图8A到8C图解的，照明光学系统LE和光接收光学系统LD可以是柱面透镜。柱面透镜具有副方向上正的光焦度(power)。更具体的是，支撑构件17是转印带。色粉图案DP用于色粉浓度测量。以与上述参照图2和3描述的相同的方式执行测量色粉浓度的处理。当光发射元件(LED) Ei，其中i是从1至5的任意整数，点亮/熄灭时，通过照明光学系统LE使检测光在副方向上聚集，并且聚集地检测光照射支撑构件17或者色粉图案DP。 通过光接收光学系统LD在副方向上聚集反射光，并且聚集的反射光被光接收元件Di所接收。照明光学系统可用于对检测光的形状进行整形(shape)，以使具有期望形状的光斑形成在支撑构件或者色粉图案上。光接收光学系统可用于对反射光进行整形，以使具有期望形状的光斑在光接收元件上形成。如果照明光学系统和光接收光学系统具有同样的结构，则能够抑制那些光学系统的成本。为使得图示和说明更简洁，在图8A到8C中只图解5个光发射元件和5个光接收元件。换句话说，光发射元件和光接收元件可以多于五个或少于五个。参照图9A和9B描述根据本发明的第十一实施例的反射光学元件0SA。反射光学元件OSA包括照明光学系统和光接收光学系统。如图9A中图解的，照明光学系统包括处于分别从作为光发射元件El至E5的5个LED接收检测光的位置上的集光透镜LEl至LE5。 集光透镜LEi，其中i是从1至5的任意整数，从相应的光发射元件Ei接收作为发散光的检测光，并将检测光聚集。如此，对支撑构件17的照明效率增加。与图8A到8C中图解的用作照明光学系统的柱面透镜相比较，如果使用具有主方向上的聚集光焦度(power)的透镜，照明的效率增加更多。主方向上的光焦度不同于副方向上的光焦度的变形透镜可以用作集光透镜LEi， 其中i是从1至5的任意整数。允许使用图9A中图解的，用以一对一的方式对应于光发射元件Ei的变形透镜LEi 形成的照明光学系统，以及图8C中图解的，用只具有副方向上的光焦度的柱面透镜形成的光接收光学系统。考虑到期望的照明效率、检测光的光斑的形状、期望的光接收效率和光接收元件上的光斑的形状，用户能够恰当地选择一种类型的照明光学系统和一种类型的光接收光学系统的组合。为使得图示和说明更简洁，在图9A和9B中只图解5个光发射元件和 5个光接收元件。换句话说，光发射元件和光接收元件可以多于五个或少于五个。参照图IOA和图IOB描述本发明的第十二实施例和第十三实施例。在图IOA中图解的第十二实施例中，反射光学传感器OSB包括光发射单元和照明光学系统LEA。光发射单元包括作为光发射元件El至E6的6个LED。照明光学系统LEA 包括整体配置在表面上的凸透镜。凸透镜位于分别从光发射元件El至E6接收检测光、并将接收的检测光聚集的位置。如图IOA中图解的，尽管面对LED的表面能够聚集光，但相反的表面是平坦的，即无法聚集光。然而，也允许使用两侧上都能够聚集光的表面。因为照明光学系统LEA被整体形成，与对应于光发射元件附接的独立的透镜相比，照明光学系统LEA容易附接并具有透镜表面间的配置精确度高的优势。尽管没有在图IOA中图解，也可能以与光发射光学系统相同的方式使用整体形成的光接收透镜作为光接收光学系统。在图IOB中图解的第十三实施例中，照明/光接收光学系统LEDA包括作为一个单元的6个集光透镜LEl至LE6以及6个集光透镜LDl至LD6，6个集光透镜LEl至LE6作为照明光学系统，6个集光透镜LDl至LD6作为光接收光学系统。那些组件间的相对位置是适当固定的。使用照明/光接收光学系统LEDA可以增加用于照明光学系统的集光透镜和用于光接收光学系统的集光透镜的配置的精确度。举例来说，那些集光透镜可以通过光刻蚀法或者纳米压印技术形成在由玻璃或者树脂制成的衬底上的如图IOB图解的位置处。为使得图示和说明更简洁，在图IOA和IOB中图解6个光发射元件和6个光接收元件。换句话说，光发射元件和光接收元件可以多于6个或少于6个。举例来说，如果光发射元件和光接收元件如图4A、4B、6A、6B或者6C中图解地排列，则照明光学系统和光接收光学系统的配置根据光发射元件和光接收元件的配置适当地变化。如果照明光学系统和光接收光学系统是透镜阵列或者透镜表面阵列，则透镜或者透镜表面的间距优最好设定成相等。下面描述根据本发明的第十四实施例的色粉浓度测量方法。在参照图3A到3C已经描述的反射光学传感器中，光发射元件以一对一的方式对应于光接收元件。当光发射元件中任意一个将检测光发射至支撑构件的色粉图案以外的区域时，只有相应的光接收元件接收从支撑构件反射的作为镜面光的检测光。在第一实例中，当光发射元件E3将检测光发射至色粉图案以外的区域时，只有光接收元件D3接收检测光并且其他光接收元件未接收到光。另一方面，当光发射元件E3将检测光发射至色粉图案时，检测光被色粉图案漫反射。结果是，不仅光接收元件D3而且其它的光接收元件D1、D2、D4和D5也接收到检测光。第一实例中的输出在图IlA和IlB中图解。图IlA是当光发射元件E3将检测光发射至支撑构件的表面，即色粉图案以外的区域时，光接收元件Dl至D5的输出的柱形图。在这种情况下，因为检测光被色粉图案以外的区域镜面反射，所以只有光接收元件D3接收到检测光，并且其它的光接收元件D1、D2、D4和 D5没有接收到光。图IlB是当光发射元件E3将检测光发射至色粉图案时，光接收元件Dl至D5的输出的柱形图。在这种情况下，因为检测光被色粉图案漫反射，所以不仅光接收元件D3而且其它的光接收元件Dl、D2、D4和D5也接收到检测光。镜面反射光的量与色粉浓度成反比；漫反射光的量与色粉浓度成比例。因此，能够通过使用预定的算法，根据代表镜面反射光的量的光接收元件D3的输出、以及其他光接收元件D1、D2、D4和D5的输出计算出色粉图案的色粉浓度。这第一实例中，代表镜面反射光的输出(以下“镜面反射输出”)与代表漫反射光的输出(以下，“漫反射输出”)明显区分。更具体的是，当光发射元件Di发射检测光时，相应的光接收元件Di的输出是镜面反射输出，以及不相应的光接收元件Dj的输出是漫反射输出，其中j Φ i。因此，用于色粉浓度计算中的算法是简单的。然而，在反射光学传感器的某些实施例中，难以明显地将镜面反射输出和漫反射输出区分。一些输出可以是镜面反射输出和漫反射输出的混合。即使在图3A到3C中图解的包括5个光发射元件El至E5和5个光接收元件Dl 至D5的反射光学传感器中，如果光接收元件Dl至D5的间距减小到与光发射元件El至E5 的间距减小的同样小的值、和/或如果因为从光发射元件Ei发射的检测光是发散光并且从支撑构件的表面被镜面反射之后的检测光以发散方式前进至光接收元件，所以检测光的直径大于光接收元件Dl至D5的间距，那么镜面反射输出可能被不利地混合有漫反射输出。用图3A到3C中图解的反射光学传感器OSl描述第二实例。如上所述，转印带17的表面为镜面。从色粉图案以外的区域反射的检测光是镜面反射光。光发射元件El至E5依序发射检测光。当光发射元件Ei将检测光发射至色粉图案以外的区域时，其中i是从1至5的任意整数，相应的光接收元件Di和相邻的光接收元件Dj接收作为镜面光的反射的检测光，其中j = i 士 1。图12A是当光发射元件E3将检测光发射至色粉图案以外的区域时，光接收元件Dl 至D5的输出的柱形图。光接收元件D2、D3和D4从转印带17接收镜面反射光，而光接收元件Dl和D5的
输出是零。考虑色粉图案DPl在主方向上的中心位于暴露于从光发射元件E3发射的检测光的光斑的位置，在如果光发射元件Ei将检测光发射到色粉图案以外的区域的条件下，相应
26的光接收元件Di和相邻的光接收元件Dj (其中j = i 士 1)接收作为镜面光的反射的检测光。在这种情况下，当光发射元件El发射检测光时，检测光从转印带17的表面被镜面反射，然后在光接收元件Dl和D2被接收。当光发射元件E2发射检测光时，检测光从转印带17的表面被镜面反射，然后在光接收元件Dl、D2和D3被接收。当光发射元件E4发射检测光时，检测光从转印带17的表面被镜面反射，然后在光接收元件D3、D4和D5被接收。当光发射元件E5发射检测光时，检测光从转印带17的表面被镜面反射，然后在光接收元件D4和D5被接收。当光发射元件E3发射检测光时，检测光从色粉图案DPl被镜面反射和漫反射。每一个光接收元件D2、D3和D4接收的镜面反射成分的量由于漫反射而减小。另一方面，漫反射光不仅在光接收元件D3被接收而且在光接收元件Dl、D2、D4和D5也被接收。图12B是当光发射元件E3将检测光发射至色粉图案DPl时，光接收元件Dl至D5 的输出的柱形图。从图12A与图12B的比较很清楚，对应于光发射元件E3的光接收元件D3的输出仅代表从支撑构件或者色粉图案反射的镜面光。不对应于光发射元件E3的光接收元件Dl和D5的输出仅代表来从色粉图案反射的漫射光(diffuse light)。不对应于光发射元件E3的光接收元件D2和D4的输出代表从支撑构件反射的镜面光(图12A)和从色粉图案反射的漫射光(图12B)的混合。从图12A与图12B的比较很清楚，当检测光从支撑构件的表面被反射时的光接收元件Dl至D5的输出的分布不同于当检测光从色粉图案被反射时的分布。因此，能够根据关于那些输出之间的差异的数据计算出色粉图案的色粉浓度。然而，考虑到简化用于计算的算法，优选的是根据除去光接收元件的输出的数据来计算色粉浓度，其中光接收元件的输出代表从支撑构件反射的镜面反射成分和从色粉图案反射的漫反射成分的混合。自根据第十四实施例的色粉浓度测量方法中，M个光发射元件依序发射检测光，以及N个光接收元件接收检测光。相应的光接收元件的输出被归类为镜面反射输出，不对应的光接收元件的输出被归类为漫反射输出。如此，从那些被归类的输出计算出色粉浓度。如果色粉浓度测量方法被放进上述光发射元件Ei和光接收元件Di的情形中，其中i是从1至5的任意整数，当光发射元件Ei发射检测光时，只接收来自光发射元件Ei的检测光的镜面反射成分的光接收元件Di被假设作为对应于光发射元件Ei的光接收元件， 并且光接收元件Di的输出被归类为镜面反射输出。另外，光接收元件Dj被假设作为不对应于光发射元件Ei的光接收元件，其中 j Φ i，并且光接收元件Dj的输出被归类为漫反射输出。举例来说，当光发射元件E3发射检测光时，对应于光发射元件E3的光接收元件D3 的输出是镜面反射输出，以及不对应于光发射元件E3的光接收元件Dl和D5的输出是漫反射输出。因为光接收元件D2和D4接收镜面反射光和漫反射光两者，所以光接收元件D2和D4的输出被归类为既不是镜面反射输出也不是漫反射输出。用这样的方式，光接收元件Dl至D5的输出被归类成三种类型，S卩，镜面反射输出、 漫反射输出和既不是镜面反射输出也不是漫反射输出的输出。如果只从镜面反射输出和漫反射输出计算色粉浓度，则因为来自支撑构件的表面的反射的影响很明显地与来自色粉图案的反射的影响区别开，所以用于计算的算法被简化。对于当光发射元件E3发射检测光时的情形给出其他说明。在对应于光发射元件 E3的光接收元件D3的输出中，全部输出是镜面反射输出，即漫反射光为零。在不对应于光发射元件E3的光接收元件Dl和D5的输出中，全部输出是漫反射输出，即从支撑构件反射的镜面光为零。大多数情况下，不对应于光发射元件Ei的光接收元件Dj的数量是2个或以上。即便漫射光蔓延并且两个或以上的光接收元件接收漫射光，也可通过计算光接收元件Dj的输出的总和得到正确的漫反射输出。如此，更精确地检测漫反射光。举例来说，当光发射元件E3将检测光发射到色粉图案DPl时，光接收元件D3的输出是镜面反射输出，并且光接收元件Dl和D5的输出是代表仅从色粉图案反射的漫射光的漫反射输出。如果计算出光接收元件Dl和D5的输出的总和，并且计算出的较大的数据被用作漫反射输出，那么色粉浓度被更精确地测量。基于支撑构件的反射特性(镜面反射输出，即，光接收元件D3的输出)和色粉图案的反射特性(漫反射输出，即，光接收元件Dl和D5的输出)之间的差异(当前的镜面反射输出和基准镜面反射输出的差异、以及当前的漫反射输出和基准漫反射输出之间的差异)，从三个光接收元件Dl、D3和D5的输出计算色粉浓度。下面简短地描述该计算。通过仅注重作为反射特性的镜面反射输出，计算出色粉图案的色粉浓度和、代表从支撑构件反射的检测光的光接收元件D3的输出以及代表从色粉图案反射的检测光的光接收元件D3的输出之间的差异之间的相互关系。另外，通过仅注重作为反射特性的漫反射输出，计算出色粉图案的色粉浓度和、代表从支撑构件反射的检测光的光接收元件Dl和D5 的输出的总和(=0)以及代表从色粉图案反射的检测光的光接收元件Dl和D5的输出的总和之间的差异之间的相互关系。如此，根据那些相互关系测量色粉浓度。如果都注重镜面反射输出和漫反射输出，能够更精确地计算色粉浓度。在上述说明中，“差异”包括多种意义，当然包括通过“减法得到的值”。不对应于光发射元件E3的两个光接收元件D2和D4的输出是镜面反射输出和漫反射输出的混合，因此难以区分两种反射特性的影响。为使得用于计算的算法更简单，根据除去那些光接收元件的输出的数据计算色粉浓度，这可以实现更高效的处理。在上述说明中，假设当光发射元件Ei将检测光发射至转印带的表面时，相应的光接收元件Di和相邻的光接收元件Dj (j = i±l)接收作为镜面光的反射的检测光。如上所述，如果非镜面的中间转印带等被用作支撑构件，那么即使是从色粉图案的表面，检测光也是被漫反射。然而，如果从支撑构件被漫反射的光的反射特性不同于从色粉图案被漫反射的光的反射特性，那么代表从支撑构件被漫反射的光的多个光接收元件的输出的分布不同于代表从色粉图案被漫反射的光的分布。因此，能够由分布之间的差异测量色粉浓度。
下面描述从支撑构件的表面被漫反射的检测光的实例。在实例中，M，即反射光学传感器的光发射元件的数量，和N，即光接收元件的数量， 两者都是7。除了光发射元件和光接收元件的数量是7、以及支撑构件是漫反射检测光的非镜面的中间转印带之外，该实例的状况差不多与图3A到3C中图解的实例中的状况相同。为使得图示更简洁，假设从色粉图案反射的检测光的漫射程度大于从中间转印带反射的检测光的漫射程度。如果从色粉图案反射的检测光的漫射程度小于从中间转印带反射的检测光的漫射程度，那么下述说明应该用“中间转印带”和“色粉图案”转换来解读。图13A是当光发射元件E4将检测光发射至色粉图案以外的区域时(中间转印带)，光接收元件Dl至D7的输出的柱形图。光接收元件D2至D6接收从中间转印带反射的镜面光和漫射光。光接收元件Dl 和D7的输出是零。图1 是当光发射元件E4将检测光发射至色粉图案时，光接收元件Dl至D7的输出的柱形图。从图1 很清楚看出所有的光接收元件Dl至D7接收从色粉图案反射的镜面光和漫射光中至少一种。因为从色粉图案反射的检测光的漫射程度大于从中间转印带反射的检测光的漫射程度，所以图13B中图解的输出的分布比图13A中图解的输出的分布扩展得多。从图13A的柱形图，必须从大于零的光接收元件D2至D6的输出中，识别包括漫反射输出的输出。对应于光发射元件E4的光接收元件D4的输出当然是镜面反射输出。如果假定中间转印带的表面是镜面，那么通过使用模制的反射光学传感器的光学模拟、和使用实际的反射光学传感器以及具有镜面的转印带的实验，很容易识别处于接收镜面反射光的位置的光接收元件。如果预先识别位于接收镜面反射光的位置的光接收元件，那么从图13A中的光接收元件D2至D6的输出中只可以识别出包括漫反射光的光接收元件的输出。图13C是用阴影线图解通过使用具有镜面的转印带的实验，测量的镜面反射输出的柱形图。将图13C与图13A比较，很明显图13A中图解的光接收元件D4的输出是代表从中间转印带反射的镜面光的镜面反射输出，以及光接收元件D2和D6的输出是代表从中间转印带反射的漫射光的漫反射输出。如图13A中图解的，光接收元件Dl和D7的输出是零。这意味着代表漫反射光的输出是零。光接收元件D3和D5的输出是镜面反射输出和漫反射输出的混合。这指的是，在图13B中图解的情形中，光接收元件D4的输出仅代表从色粉图案反射的镜面光，以及光接收元件D1、D2、D6和D7的输出仅代表从色粉图案反射的漫射光。光接收元件D3和D5的输出是镜面反射输出和漫反射输出的混合。换句话说，对应于光发射元件E4的光接收元件D4的输出，被归类为镜面反射输出，以及不对应于光发射元件E4的光接收元件Dl、D2、D6和D7的输出，被归类为漫反射输
出ο光接收元件D3和D5的输出未用来计算色粉浓度，因为他们是镜面反射成分和漫反射成分的混合。两种情形如上所述一个是参照图12A和图12B描述的，其中M = N = 5以及使用假设为镜面反射检测光的具有镜面的转印带，另一种是参照图13A到13C描述的，其中M = N = 7以及使用假设漫反射检测光的具有非镜面的中间转印带。那些情形是示范性的，因此 M和N可以变为其它的值并且可以使用其它类型的支撑构件。如图12A到12B以及13A到13C图解的，如果只有光接收元件Di和相邻的光接收元件Di士 1位于接收镜面反射光的位置，那么当光发射元件Ei发射检测光时，相邻的光接收元件Di 士 1的输出是镜面反射输出和漫反射输出的混合。在这种情况下，处于接收漫反射光的位置的光接收元件的数量是N-3 (或者当在两端点任意光发射元件发射检测光时，为N-幻。这意味着，即便从支撑构件反射的检测光的光斑的直径大于光接收元件的间距，因为，举例来说，以小间距配置的光发射元件和光接收元件的使用，只有光接收元件Di和相邻的光接收元件Di 士 1接收从支撑构件反射的镜面光，因此输出漫反射输出的光接收元件的数量是最大值。如此，检测漫反射光的效率提高。尽管在上述情况中M等于N，但是M也可以不等于N。参照图6A至6C描述在M不等于N的其它情况下光发射元件和光接收元件之间的相应关系。在图6A中图解的实例中，N是15，M是30。光接收元件Di对应于光发射元件Eli 禾口 E2i。在图6B中图解的实例中，M是15，N是30。光发射元件Ei对应于光接收元件Dli 禾口 D2i。在图6C中图解的实例中，配置有7个光发射元件El、…、Ei、…、和E7以及14个光接收元件Dl、…、Di、…、和D14。光发射元件Ei对应于光接收元件Dj和Dj+Ι，其中j =2i-l。下面描述色粉图案位置的检测，其中M等于N，并且当光发射元件Ei将检测光发射至支撑构件时，光接收元件Di和Dj位于接收镜面光的位置，其中j = i 士 1。在下面的实例中，光发射元件El至EM在主方向上以100 μ m间距排列，其中M是100。S卩，配置长度是 IOmm0光接收元件Dl至DN在主方向上以100 μ m间距排列，其中N是100。当光发射元件Ei发射检测光时落在支撑构件的表面上的光斑大小是80 μ m，其中i是从1至100的任意整数。色粉图案在主方向上的宽度等于光发射元件的间距，即100 μ m。当光发射元件Ei发射检测光时，检测光从支撑构件被镜面反射，并被光接收元件 Di和Dj(j = i 士 1)接收。在光发射元件El至ElOO依序点亮/熄灭的同时，检查每一个光接收元件Dl至DlOO的输出的变化。如果当光发射元件Ei和Ei+Ι点亮时，光接收元件Di 和Di+Ι的输出(镜面反射输出)较低，确定色粉图案在主方向上在光发射元件Ei和Ei+1 之间。换句话说，具有主方向上100 μ m宽度的色粉图案的位置被以100 μ m或更低的单位精确地检测。参考图14描述根据本发明的第十五实施例的反射光学传感器装置。反射光学传感器装置包括反射光学传感器141和处理单元142。反射光学传感器 141能够是图3A、4A、4B、6A、6B、6C、7A、7B等中图解的反射光学传感器中的任意一个。
30
处理单元142将反射光学传感器141的输出进行归类。更具体的是，处理单元142 以如上所述方式将对应于处于点亮状态的光发射元件的光接收元件的输出归类为镜面反射输出，以及将不对应于处于点亮状态的光发射元件的光接收元件的输出归类为漫反射输出。根据本发明的方面，提供有一种以新颖的方式测量色粉浓度的方法，在该方法中使用的反射光学传感器和反射光学传感器装置，通过使用反射光学传感器和反射光学传感器装置执行该方法的图像形成设备。因为在短时间测量出色粉浓度，主要作业，即，图像形成的工作效率被提高。另外， 抑制用于色粉图案的色粉耗费量。13.如权利要求12所述的图像形成设备，其特征在于，所述图像形成设备至少形成一个单色图像或多色图像，并且计算每个颜色的色粉浓度。21.如权利要求20所述的反射光学传感器装置，其特征在于，使用如权利要求 4-11中任一项所述的反射光学传感器。23，如权利要求22所述的图像形成设备，其特征在于，所述图像形成设备至少形成一个单色图像或多色图像，并且计算每个颜色的色粉浓度。虽然为完全、清楚的公开而用具体实施方式
对本发明进行说明，但附后的权利要求不因此受限，应将其看作包含本领域技术人员由此想出的明显落入在此阐明的基本学说内的所有变动和可选的结构。
权利要求
1.一种位置检测方法，其特征在于，所述位置检测方法包括用光发射单元将检测光发射至支撑构件上，该支撑构件沿第一方向移动； 用光接收单元接收从所述支撑构件和所述支撑构件上的检测目标中的至少一个反射的反射光；以及基于所述支撑构件对所述检测光的反射特性和所述检测目标对所述检测光的反射特性之间的差异，来检测所述检测目标的位置，其中所述光发射单元包括在倾斜于所述第一方向的第三方向上排列的M个光发射元件，其中M等于或者大于3，其中所述光发射元件发射所述检测光，以使M个光斑落到所述支撑构件上，所述光接收单元包括接收被所述支撑构件和所述检测目标中的至少一个反射的所述反射光的N个光接收元件，其中N等于或者大于3，其中所述光接收元件与所述支撑构件相对，对应于所述光发射单元，在单个方向上排列，以及所述检测包括基于所述光接收元件的输出检测所述检测目标的位置。
2.如权利要求1所述的位置检测方法，其特征在于， 所述检测包括当第一光发射元件发射所述检测光时，将对应于所述第一光发射元件的第一光接收元件的输出归类为代表镜面反射光的镜面反射输出，以及将不对应于所述第一光发射元件的光接收元件的输出归类为代表漫反射光的漫反射输出；以及基于归类的所述光接收元件的输出检测所述检测目标的位置。
3.一种在色粉图像形成设备上实施的色粉图案位置检测方法，其特征在于，所述色粉图案位置检测方法包括在沿第一方向移动的支撑构件的表面上形成预定的色粉图案； 用光发射单元将检测光发射至所述支撑构件上；用光接收单元接收从所述支撑构件和所述色粉图案中的至少一个反射的反射光；以及基于所述支撑构件对所述检测光的反射特性和所述色粉图案对所述检测光的反射特性之间的差异，来检测所述色粉图案的位置，其中所述光发射单元包括在倾斜于所述第一方向的第三方向上排列的M个光发射元件，其中M等于或者大于3，其中所述光发射元件发射所述检测光，以使M个光斑以在第二方向上相邻的光斑之间的距离等于或者小于所述色粉图案在所述第二方向上的宽度的方式落到所述支撑构件上，所述第二方向在所述支撑构件的平面内垂直于所述第一方向，所述光接收单元包括接收被所述支撑构件和所述色粉图案中的至少一个反射的所述反射光的N个光接收元件，其中N等于或者大于3，其中所述光接收元件与所述支撑构件相对，对应于所述光发射单元，在单个方向上排列，以及所述检测包括基于所述光接收元件的输出检测所述色粉图案的位置。
4.如权利要求3所述的色粉图案位置检测方法，其特征在于，所述色粉图案为位置检测图案，其包括平行于所述第二方向的线条图案和倾斜于所述第二方向的线条图案；所述发射包括在扫描时间内依序从所述光发射元件发射所述检测光，在所述扫描时间内所述色粉图案经过在所述第一方向上的要暴露给所述检测光的区域。
5.如权利要求3所述的色粉图案位置检测方法，其特征在于，所述色粉图案为位置检测图案，其包括平行于所述第二方向的线条图案和倾斜于所述第二方向的线条图案；所述光发射单元和所述光接收单元包括P个光发射/光接收组，所述光发射/光接收组的每一个包括m个所述光发射元件和η个所述光接收元件，其中P等于或大于2以及m 和η等于或大于3，所述光发射/光接收组被配置在平行于或者倾斜于所述第二方向的方向上，以及所述发射包括以从不同的光发射/光接收组选择的m组P个光发射元件一个组接一个组地被点亮/熄灭、每一组中的P个光发射元件同时点亮/熄灭这样的方式，在扫描时间内发射所述检测光，在所述扫描时间内所述色粉图案经过在所述第一方向上的要暴露给所述检测光的区域。
6.一种反射光学传感器，其特征在于，包括光发射单元，所述光发射单元包括在第四方向上排列的M个光发射元件，其中M等于或大于3，所述光发射元件独立地或者同时地点亮/熄灭；以及光接收单元，所述光接收单元包括在第五方向上排列的N个对应于所述光发射单元的光接收元件，其中N等于或者大于3 ；其中所述反射光学传感器用于实施用所述光发射单元将检测光发射至支撑构件上， 该支撑构件沿第一方向移动；用所述光接收单元接收从所述支撑构件和所述支撑构件上的检测目标中的至少一个反射的反射光；基于所述支撑构件对所述检测光的反射特性和所述检测目标对所述检测光的反射特性之间的差异，来检测所述检测目标的位置。
7.如权利要求6所述的反射光学传感器，其特征在于，当所述反射光学传感器处于检测所述检测目标的位置的位置时，所述第四方向和所述第五方向基本上平行于第二方向， 所述第二方向在所述支撑构件的平面内垂直于所述第一方向。
8.如权利要求6所述的反射光学传感器，其特征在于，当所述反射光学传感器处于检测所述检测目标的位置的位置时，所述第四方向和所述第五方向的每一个方向都以预定的角度倾斜于所述第二方向，所述预定的角度是基于所述支撑构件的速度被确定。
9.如权利要求6所述的反射光学传感器，其特征在于，所述光发射元件排列在多个在所述第四方向延伸的第一行上，所述第一行在所述第一方向上彼此偏移，所述光接收元件被排列在多个在所述第五方向延伸的第二行上，所述第二行在所述第一方向上彼此偏移，以及当所述反射光学传感器处于检测所述检测目标的位置的位置时，基于所述支撑构件的速度来设定相邻的第一行之间的距离和相邻的第二行之间的距离。
10.如权利要求6所述的反射光学传感器，其特征在于，所述光发射单元和所述光接收单元包括P个光发射/光接收组，所述光发射/光接收组的每一个包括m个所述光发射元件和η个所述光接收元件，其中P等于或大于2以及m 和η等于或大于3，所述光发射/光接收组被配置在沿着一个方向延伸的一个或多个行上，以及当检测所述检测目标的位置时，从不同的光发射/光接收组中选择的m组P个光发射元件一个组接一个组地点亮/熄灭，每一组的所述P个光发射元件同时点亮/熄灭。
11.如权利要求6所述的反射光学传感器，其特征在于，一个光发射元件至少对应于两个光接收元件。
12.如权利要求6所述的反射光学传感器，其特征在于，一个光接收单元至少对应于两个光发射元件。
13.如权利要求6所述的反射光学传感器，进一步包括以下至少一个以会聚的方式将来自所述光发射元件的所述检测光引导向所述支撑构件的所述表面的照明光学系统；以及以会聚的方式将从所述支撑构件的所述表面反射的所述反射光引导向所述光接收单元的光接收光学系统。
14.一种在色粉图像形成设备上实施的色粉浓度检测方法，其特征在于，所述色粉浓度检测方法包括在沿第一方向移动的支撑构件的表面上形成预定的色粉图案； 用光发射单元将检测光发射至所述支撑构件上；用光接收单元接收从所述支撑构件和所述色粉图案中的至少一个反射的反射光；以及基于所述支撑构件对所述检测光的反射特性和所述色粉图案对所述检测光的反射特性之间的差异，来检测所述色粉图案的色粉浓度，其中所述光发射单元包括在倾斜于所述第一方向的第三方向上排列的、发射具有相同波长的光的M个光发射元件，其中M等于或者大于3，其中所述光发射元件发射所述检测光，以使 M个光斑以在第二方向上相邻的光斑之间的距离等于或者小于所述色粉图案在所述第二方向上的宽度的方式落到所述支撑构件上，所述第二方向在所述支撑构件的平面内垂直于所述第一方向，所述光接收单元包括接收被所述支撑构件和所述色粉图案中的至少一个反射的所述反射光的N个光接收元件，其中N等于或者大于3，其中所述光接收元件与所述支撑构件相对，对应于所述光发射单元，在单个方向上排列，以及所述检测包括根据所述光接收元件的输出检测所述色粉浓度。
15.如权利要求14所述的色粉浓度检测方法，其特征在于，所述色粉图案是在所述第一方向和所述第二方向上都具有宽度的矩形图案，以及所述发射包括在扫描时间内依序从所述光发射元件发射所述检测光，在所述扫描时间内所述色粉图案经过在所述第一方向上的要暴露给所述检测光的区域。
16.如权利要求14所述的色粉浓度检测方法，其特征在于，所述色粉图案是在所述第一方向和所述第二方向上都具有宽度的矩形图案， 所述光发射单元和所述光接收单元包括P个光发射/光接收组，所述光发射/光接收组的每一个包括m个所述光发射元件和η个所述光接收元件，其中P等于或大于2以及m 和η等于或大于3，所述光发射/光接收组被配置在平行于或者倾斜于所述第二方向的方向上，以及所述发射包括以从不同的光发射/光接收组选择的m组P个光发射元件一个组接一个组地被点亮/熄灭、每一组的P个光发射元件同时地点亮/熄灭这样的方式，在扫描时间内发射所述检测光，在所述扫描时间内所述色粉图案经过在所述第一方向上的要暴露给所述检测光的区域。
17.一种用于色粉图像形成设备的反射光学传感器，其特征在于，所述反射光学传感器包括光发射单元，所述光发射单元包括在第四方向上排列的、发射具有相同波长的光的M 个光发射元件，其中M等于或大于3，所述光发射元件独立地或者同时地点亮/熄灭；以及光接收单元包括在第五方向上排列的N个对应于所述光发射单元的光接收元件，其中 N等于或者大于3，其中所述反射光学传感器用于实施在沿第一方向移动的支撑构件的表面上形成预定的色粉图案；用所述光发射单元将检测光发射至所述支撑构件上；用所述光接收单元接收从所述支撑构件和所述色粉图案中的至少一个反射的反射光；以及基于所述支撑构件对所述检测光的反射特性和所述色粉图案对所述检测光的反射特性之间的差异，来检测所述色粉图案的密度。
18.如权利要求17所述的反射光学传感器，其特征在于，当所述反射光学传感器处于检测所述色粉浓度的位置时，所述第四方向和所述第五方向基本上平行于第二方向，所述第二方向在所述支撑构件的平面内垂直于所述第一方向。
19.如权利要求17所述的反射光学传感器，其特征在于，当所述反射光学传感器处于检测所述色粉浓度的位置时，所述第四方向和所述第五方向中的每一个方向都以预定的角度倾斜于所述第二方向，所述预定的角度是基于所述支撑构件的速度被确定。
20.如权利要求17所述的反射光学传感器，其特征在于，所述光发射元件排列在多个在所述第四方向延伸的第一行上，所述第一行在所述第一方向上彼此偏移，所述光接收元件被排列在多个在所述第五方向延伸的第二行上，所述第二行在所述第一方向上彼此偏移，以及当所述反射光学传感器处于检测所述色粉浓度的位置时，基于所述支撑构件的速度来设定相邻的第一行之间的距离和相邻的第二行之间的距离。
21.如权利要求17所述的反射光学传感器，其特征在于，所述光发射单元和所述光接收单元包括P个光发射/光接收组，所述光发射/光接收组的每一个都包括m个所述光发射元件和η个所述光接收元件，其中P等于或大于2以及 m和η等于或大于3，所述光发射/光接收组被配置在沿着一个方向延伸的一个或多个行上，以及当检测所述色粉浓度时，从不同的光发射/光接收组中选择的m组P个光发射元件一个组接一个组地点亮/熄灭，每一组的所述P个光发射元件同时点亮/熄灭。
22.如权利要求17所述的反射光学传感器，其特征在于，一个光发射元件至少对应于两个光接收元件。
23.如权利要求17所述的反射光学传感器，其特征在于，一个光接收单元至少对应于两个光发射元件。
24.如权利要求17所述的反射光学传感器，进一步包括以下至少一个以会聚的方式将来自所述光发射元件的所述检测光引导向所述支撑构件的所述表面的照明光学系统；以及以会聚的方式将从所述支撑构件的所述表面反射的所述反射光引导向所述光接收单元的光接收光学系统。
25.一种用色粉形成图像的图像形成设备，其特征在于，所述图像形成设备包括如权利要求17所述的反射光学传感器以检测色粉浓度。
26.如权利要求25所述的图像形成设备，其特征在于，所述图像形成设备用多种不同颜色的色粉形成彩色图像，并检测各颜色的色粉密度。
27.一种在色粉图像形成设备上实施的色粉图案位置检测方法，其特征在于，所述色粉图案位置检测方法包括在沿第一方向移动的支撑构件的表面上形成预定的色粉图案； 用光发射单元将检测光发射至所述支撑构件上；用光接收单元接收从所述支撑构件和所述色粉图案中的至少一个反射的反射光；以及基于所述支撑构件对所述检测光的反射特性和所述色粉图案对所述检测光的反射特性之间的差异，来检测所述色粉图案的位置，其中所述光发射单元包括在倾斜于所述第一方向的第三方向上排列的M个光发射元件，其中M等于或者大于3，所述光发射元件发射所述检测光，以使M个光斑以在第二方向上相邻的光斑之间的距离等于或者小于所述色粉图案在所述第二方向上的宽度的方式落到所述支撑构件上，所述第二方向在所述支撑构件的平面内垂直于所述第一方向，所述光接收单元包括接收被所述支撑构件和所述色粉图案中的至少一个反射的所述反射光的N个光接收元件，其中N等于或者大于3，所述光接收元件与所述支撑构件相对，对应于所述光发射单元，在单个方向上排列，所述发射包括从M个光发射元件依序发射所述检测光，以及所述检测包括当第一光发射元件发射所述检测光时，将对应于所述第一光发射元件的第一光接收元件的输出归类为代表镜面反射光的镜面反射输出，以及将不对应于所述第一光发射元件的光接收元件的输出归类为代表漫反射光的漫反射输出；以及基于归类的所述光接收元件的输出检测所述色粉图案的位置。
28.如权利要求27所述的色粉图案位置检测方法，其特征在于，所述检测包括基于所述漫反射输出的总和和所述镜面反射输出的至少一个来检测所述色粉图案的位置。
29.如权利要求27所述的色粉图案位置检测方法，其特征在于，所述不对应的光接收元件响应从所述支撑构件反射的所述反射光的所述输出为零。
30.如权利要求27所述的色粉图案位置检测方法，其特征在于，不对应的光接收元件的数量是N-3和N-2中的一个。
31.如权利要求27所述的色粉图案位置检测方法，其特征在于，所述色粉图案是位置检测图案，其包括平行于所述第二方向的线条图案和倾斜于所述第二方向的线条图案，以及所述发射包括在扫描时间内依序从所述光发射元件发射所述检测光，在所述扫描时间内所述色粉图案经过在所述第一方向上的要暴露给所述检测光的区域。
32.如权利要求27所述的色粉图案位置检测方法，其特征在于，所述色粉图案是位置检测图案，其包括平行于所述第二方向的线条图案和倾斜于所述第二方向的线条图案，所述光发射单元和所述光接收单元包括P个光发射/光接收组，所述光发射/光接收组的每一个都包括m个所述光发射元件和η个所述光接收元件，其中P等于或大于2以及 m和η等于或大于3，所述光发射/光接收组被配置在平行于或者倾斜于所述第二方向的方向上，以及所述发射包括以从不同的光发射/光接收组选择的m组P个光发射元件一个组接一个组地被点亮/熄灭、每一组的P个光发射元件同时地点亮/熄灭这样的方式，在扫描时间内发射所述检测光，在所述扫描时间内所述色粉图案经过在所述第一方向上的要暴露给所述检测光的区域。
33.一种实施如权利要求27至32中任一项所述的色粉图案位置检测方法的反射光学传感器装置，其特征在于，所述反射光学传感器装置包括用于色粉图像形成设备中的反射光学传感器，包括光发射单元，所述光发射单元将检测光发射至沿第一方向移动的支撑构件上，所述光发射单元包括在第四方向上排列的M个光发射元件，其中M等于或大于3，所述光发射元件独立地或者同时地点亮/熄灭；以及光接收单元，所述光接收单元接收从所述支撑构件和形成在所述支撑构件上的色粉图案中的至少一个反射的反射光，所述光接收单元包括在第五方向上排列的N个对应于所述光发射单元的光接收元件，其中N等于或者大于3 ；以及检测单元，所述检测单元当第一光发射元件发射所述检测光时，将对应于所述第一光发射元件的第一光接收元件的输出归类为代表镜面反射光的镜面反射输出，以及将不对应于所述第一光发射元件的光接收元件的输出归类为代表漫反射光的漫反射输出；以及基于归类的所述光接收元件的输出检测所述色粉图案的位置。
34.一种用色粉形成图像的图像形成设备，其特征在于，所述图像形成设备包括如权利要求27所述的反射光学传感器装置以检测色粉图案的位置。
35.如权利要求34所述的图像形成设备，其特征在于，其中所述图像形成设备用多种不同颜色的色粉形成彩色图像，并检测各颜色的色粉图案的位置。
全文摘要
本发明提供一种色粉浓度计算方法，反射光学传感器，反射光学传感器装置和图像形成设备。基于支撑构件的反射特性和色粉图案的反射特性之间的差异，根据光接收元件的输出计算色粉浓度。在倾斜于副方向的一个方向上排列的光发射元件以落在支撑构件上的相邻的光斑之间在第二方向上的距离等于或者小于色粉图案在第二方向上的宽度这样的方式发射检测光。光接收元件接收从支撑构件和/或色粉图案反射的反射光。与支撑构件相对，对应于光发射元件的光接收元件在一个方向上排列。
文档编号G01S17/06GK102279537SQ20111020474
公开日2011年12月14日 申请日期2009年3月18日 优先权日2008年3月18日
发明者增田浩二 申请人:株式会社理光