JP4157762B2

JP4157762B2 - 画像形成装置の位置ずれパターン検出装置

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Publication number: JP4157762B2
Application number: JP2002364071A
Authority: JP
Inventors: 信行佐藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2022-12-16
Also published as: US20040263607A1; JP2004195692A; US7190383B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置の位置ずれパターン検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数のレーザービームを用いて、感光体上に潜像を形成し、単独の画像を得る画像形成装置としては、例えば、▲１▼特開２０００−２６７０２７公報「光走査装置及び画像形成装置」に示されるような、複数の書込み光学系を主走査方向に繋ぎあわせて幅の広い書込み光学系を低コストで実現しようとするもの（分割走査光学系と称する）、▲２▼特開平６−１８７９６号公報「画像形成装置及び走査装置」に示されるような、複数の感光体に、別々に独立したレーザービーム（レーザー書込み系）を用いて書き込み、異なった色のトナーで現像して転写紙上で重ね合せる、多色画像を得るもの（一般にタンデム方式と称されている）、▲３▼特開平６−１００２号公報「書き込み位置の自動調整方法」に示されるような単数の感光体に、別々のレーザービームを照射して、多色の画像を得ようとするもの（単一感光体、複数書き込み光学系）等が上げられる。
これらに共通した課題として、複数のレーザービームを用いており、それぞれのビームが異なる光路を通って走査されるため、書き込み系の温度分布の違いや、環境変動、レーザーダイオードの温度による波長変動等により、お互いのビームの相対位置が変動してしまい、▲１▼においては、つなぎ目部における白筋、黒筋となり画像品質を著しく劣化させる。▲２▼、▲３▼においては、各色（版）のずれとなり、色むら、にじみ等の画像劣化が発生してしまう問題がある。
これらの問題を解決するために、特許第３２５３２２７号「画像形成装置」においては、画像の位置検出マークを検出して、ビームの位置を補正することが提案されている。更に、位置ずれ検出の高精度化（特にパターンの上下動の誤差と最小限に押さえる）を図るために、転写ベルト上レジストマークの照明光を複数設け、レジスターマークに対して対称に配置することが提案されている。
しかしながら、この方法では、ＬＥＤ光源が複数個必要となりコスト高になる欠点がある。又、ＬＥＤチップからの光束を平行にするためのコンデンサレンズを用いる方法も提案されているが、これもまたコスト高になる欠点がある。更に検出光学系のレンズの焦点距離は最低でも８ｍｍ程度であり、最短の共役長（等倍結像時）は約８×４＋レンズの主点間隔＝約３５ｍｍ以上となり、ＣＣＤのサイズ及び基板の厚み等を含めれば、高さは４０ｍｍ近くになってしまい、機械を小型化する際の大きな障害となる。
【特許文献１】
特開２０００−２６７０２７公報
【特許文献２】
特開平６−１８７９６号公報
【特許文献３】
特開平６−１００２号公報
【特許文献４】
特許第３２５３２２７号
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、斯かる実情に鑑み、装置のサイズを小型化しつつ、複数の照明光源を必要とせずに、高精度のパターン検出を行うことができる画像形成装置の位置ずれパターン検出装置を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明では、複数のレーザービームを用いて、感光体上に潜像を生成し、単独の画像を得る際、各レーザービームの位置のずれを、像担持体上に形成された位置検出パターンによりイメージセンサを用いて像担持体上で検出し、レーザービームの位置を補正するための画像形成装置の位置ずれパターン検出装置において、像担持体上に形成されたパターンを照らすための光源が配置されること、像担持体とイメージセンサまでの光路には、像担持体上に形成されたパターンを結像させるための結像手段が配置され、前記結像手段は、全反射面を有する第一の三角プリズム、反射面を有する第二の三角プリズム、及び、前記第一の三角プリズムと前記第二の三角プリズムとの間に配置された結像レンズとで構成されること、前記光源から出射される光束は、前記第一の三角プリズムの斜面における全反射面から前記第一の三角プリズムの内部に進入して前記像担持体上に形成されたパターンに照射され、前記像担持体上に形成されたパターンに照射されたパターンの拡散光は、再度、前記第一の三角プリズム内にほぼ垂直に入射して、前記第一の三角プリズムの斜面における全反射面の内面で全反射によって直角に反射され、前記直角に反射された光束は、前記結像レンズを通り、前記第二の三角プリズムの斜面における反射面で反射されて、前記イメージセンサ上に結像されること、及び、前記第一の三角プリズムの底面は前記像担持体上で前記パターンが形成された面に平行に配置されており、且つ、前記第一の三角プリズムの斜面は当該底面に対して４５度の角度を持っており、前記第一の三角プリズムの斜面から内部に進入した前記光束は、前記第一の三角プリズムの底面と直交する角度に対して傾斜した角度をもって前記第一の三角プリズムの斜面に入射し、前記像担持体上に形成されたパターンへの光束の照射角は、前記像担持体上で前記パターンが形成された面に垂直な角度に対して傾斜した角度であること、を特徴とする画像形成装置の位置ずれパターン検出装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の画像形成装置の位置ずれパターン検出装置において、位置ずれを検出するための検出パターンは、各ビームの位置が予め所定量ずらされた、主走査又は副走査方向に平行なラインであり、どちらか一方の位置ずれを別々に計測する画像形成装置の位置ずれパターン検出装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項１記載の画像形成装置の位置ずれパターン検出装置において、位置ずれを検出するための検出パターンは、各ビームの位置が予め所定量ずらされた、任意の大きさの単独ドットであり、主走査、副走査方向の位置ずれを同時に計測する画像形成装置の位置ずれパターン検出装置を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項１記載の画像形成装置の位置ずれパターン検出装置において、イメージセンサと照明手段は、同一基板に形成される画像形成装置の位置ずれパターン検出装置を主要な特徴とする。
請求項５記載の発明では、請求項２又は３記載の画像形成装置の位置ずれパターン検出装置において、当該位置ずれパターン検出装置は、２次元のイメージセンサの画像データを、主走査若しくは副走査方向に合算する合算手段を有し、該合算手段によって出力される１次元データ上でピーク位置を検出することによって位置ずれの検出を行うことを特徴とする画像形成装置の位置ずれパターン検出装置を主要な特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。図１は本発明の位置ずれパターン検出装置の一例の概略を示すものであって、１は全反射面１ａを有する三角プリズム（第一の三角プリズム）、２は反射面２ａを有する三角プリズム（第二の三角プリズム）、３は光源、４はイメージセンサ、５は結像レンズ、６は遮光部材、７は基板であり、イメージセンサ４と照明手段としての光源３は、同一の基板７上に形成してある。
図１において、光源３（ＬＥＤ）から出射される光束は、三角プリズム１の斜面における全反射面１ａから、該三角プリズム１の内部に進入し、ここから感光体１０面に照射され、該感光体１０面に照射されたパターンの拡散光は、再度、三角プリズム１内にほぼ垂直に入射し、三角プリズム１の斜面における全反射面１ａの内面で全反射によって直角に反射される。
このことにより、光軸はパターン面と平行になるために、高さ方向にむやみに大きくなることがない。直角に反射された光束は、結像レンズ５を通り、三角プリズム２の斜面における反射面２ａで反射され、イメージセンサ４上に結像される。三角プリズム２は、斜面にアルミ蒸着などの処理が施され、反射面２ａとなっている。三角プリズム２は反射面であれば良く、特に三角プリズムである必要はない。光軸を折り返さない場合、焦点距離が８ｍｍ程度のレンズを使用すると、高さは４０ｍｍ以上必要となるが、本方式では、半分以下の２０ｍｍまでサイズをコンパクトにすることができる。又、イメージセンサ４と照明手段としての光源３を同一の基板７に形成したことにより、部品点数を減らし、低コスト化及びコンパクト化することができる。
複数のレーザービームを用いて、感光体上に潜像を形成し、単独の画像を得る画像形成装置としては、▲１▼特開２０００−２６７０２７公報（光走査装置及び画像形成装置）に示されるような、分割走査光学系、▲２▼特開平６−１８７９６号公報（画像形成装置及び走査装置）に示されるような、タンデム方式光学系、▲３▼特開平６−１００２号公報（書込み位置の自動調整方法）に示されるような、単一感光体、複数書き込み光学系、等があることは、既に述べているが、▲１▼の分割走査光学系に本発明の位置ずれパターン検出装置を用いた画像形成装置の一例を図２に示す。
【０００６】
図２に示す、２ビームにより、被走査面上の走査領域を主走査方向に２分割して走査する光走査装置は、第１書込系と第２書込系とを有する。第１書込系について説明すると、「光源」としての半導体レーザ１１からは画像信号に応じて強度変調されたレーザ光のビームが射出する。射出したビームはカップリングレンズ２１のコリメート作用により平行ビームとされ、シリンダレンズ３１により副走査方向にのみ収束傾向を与えられ、「偏向手段」としてのポリゴンミラー４０の一つの偏向反射面近傍に、主走査方向に長い線像として結像する。
ポリゴンミラー４０の回転により等角速度的に偏向されたビームは「結像手段」としてのｆθレンズを構成するレンズ５１、６１を透過し、ミラー７１、８１および折り返しミラー９１により順次反射され、光導電性の感光体１０の感光面（被走査面の実体をなす）上にビームスポットを形成し、感光体１０の第１走査領域Ｓ１を等速的に走査する。第２書込系は「第１書込系」を、ポリゴンミラー４０の回転軸を中心に１８０度回転させた位置に配置されている。
【０００７】
「光源」としての半導体レーザ１２からは、画像信号に応じて強度変調されたレーザ光のビームが射出し、カップリングレンズ２２により平行ビームとされ、シリンダレンズ３２により副走査方向にのみ収束傾向を与えられてポリゴンミラー４０の別の偏向反射面の近傍に主走査方向に長い線像として結像する。ポリゴンミラー４０の回転により等角速度的に偏向されたビームは「結像手段」としてのｆθレンズを構成するレンズ５２、６２を透過し、ミラー７２、８２および折り返しミラー９２により順次反射されて感光体１０の感光面上にビームスポットを形成し、感光体１０の第２走査領域Ｓ２を等速的に走査する。第１、第２書込系は光学的に等価である。第１、２書込系による書き込みは、第１、第２走査領域Ｓ１、Ｓ２の接合部、即ち、全走査領域の中央部Ｓ０を起点として、互いに逆方向、即ち、走査領域の両端部側へ向かって行われる。第１および第２書込系はそれぞれ同期検知ユニット１１１、１１２を有する。各同期検知ユニット１１１、１１２は各走査ビームの画像領域外に設けられ、１走査毎に各走査ビームの走査開始のタイミングを決定する。
図示されない「書込制御回路」は決定されたタイミングに従い、書込開始位置（上述の全走査領域の中央部Ｓ０）から書込を開始する。このように各走査ビームの書込開始位置Ｓ０が互いに共通で、同期検知ユニットにより良好に制御されるので、各走査ビームの主走査方向のつぎ目部分を、容易且つ良好に整合させることができる。
【０００８】
上記第１、第２走査領域Ｓ１、Ｓ２は、互いに１本の直線として連結されるべきもので、設計的には「装置空間に固定的」に設定される。このように装置空間に固定的に設定された理想の走査線は、被走査面上の「２ビームにより同時に走査されるべき線」であり「被走査面軸」である。即ち、第１、第２走査領域Ｓ１、Ｓ２は理想的には「ともに被走査面軸に合致し、前記中央部Ｓ０で互いに連結しあう」べきものである。
本図示例の場合、第１書込系と第２書込系の繋ぎ目部において、位置検出パターンが出力され、図示しない顕像装置（現像装置）によって顕像化される。顕像化された位置検出パターンは、感光体１０の回転方向の下流側に配置された位置ずれパターン検出装置（図１及び図２参照）によってずれ量が読み取られ、図示しないビーム位置制御手段によって位置の補正が行われる。
ビーム位置補正手段は、副走査方向については、特開平９−１５９９４号公報（光走査装置）等の提案が多くなされており、公知の技術を用いて補正することができる。主走査方向に関しても、公知の技術を用いることができる。
【０００９】
ここで、図３に、三角プリズム１への照明光の入射の様子を示す。光源３から、プリズム斜面への入射角をθ０、プリズム内部への侵入角をθ１、プリズムの屈折率をｎ１とすると、スネルの法則より、侵入角θ１は、
θ１＝ｓｉｎ−１（（１／ｎ１）ｓｉｎθ０）
と表され、一例として入射角θ０＝６０度の場合、θ１＝３５．３度となる。位置ずれ検出用のパターンが形成される面はここでは、感光体１０面としているが、顕像を保持しているものであれば良く、転写紙や、像担持体の搬送部材でも良い。プリズムの底面は、像担持体上でパターンが形成された面に平行に配置されており、斜面は底面に対して４５度の角度を持っているため、照明光は像担持体上でパターンが形成された面に対して概ね垂直に当たることになる。
実際には、プリズムから出射する側でも屈折が起きるため、θ０が６０度の場合は像担持体上でパターンが形成された面への照射角は約１３度となる。１３度程度であれば、未定着トナー像の影の影響によって発生する、位置検出誤差を無視できるレベルにおさえることができる。又、複数の照明光源を必要としなくても良いため、低コスト化が図れる。
一方、照明光を合成する手段としての別の例を図４に示す。本例では、三角プリズム１の斜面から、照明光を入れるのではなく面取り部を大きくして、そこから照明光を入れようとするものである。
【００１０】
次に、位置ずれの検出用のパターンをラインで形成した場合の概略図を、図５、図６に示す。図５は主走査方向のビームずれを検出するためのラインパターンの一例であり、図６は副走査方向のビーム位置ずれを検出するためのラインパターンの一例である。
主走査方向の例では、イメージセンサ４の読み取り範囲内で、お互いのラインが重ならない様に、パターンが形成される。この時のライン間隔をＬ０とする。ラインは主走査方向と垂直な方向に作成される。まず、イメージセンサ４の出力を副走査方向に合算して１次元のデータとし、そのラインのピーク（又は最小値）に間隔を測定して、ラインの間隔とする。この時、ずれがなければ、Ｌ０と測定されることになる。主走査方向にずれた場合は、Ｌ１の様に間隔が変化して測定されることになり、位置ずれ量として
ΔＬ＝Ｌ１−Ｌ０
が求められる。ラインは、副走査方向に平行に生成されているため、主走査側の測定で、副走査ずれ（感光体の速度むらや、光学的なずれによって生じる）の影響を受けることが無いため、高精度な測定ができる。
次に、副走査ずれの計測を行う場合は、図６に示した様に、主走査方向と平行なラインが、イメージセンサ４の読み取り範囲内で、お互いのラインが重ならない様に生成される。次に、イメージセンサ４の出力を主走査方向に合算し１次元のデータとし、そのラインのピーク（又は最小値）に間隔を測定して、ラインの間隔とする。この時、ずれがなければ、Ｌ０と測定されることになる。副走査方向にずれた場合は、Ｌ１の様に間隔が変化して測定されることになり、位置ずれ量として
ΔＬ＝Ｌ１−Ｌ０
が求められる。ラインは、主走査方向に平行に生成されており、副走査側の測定で、主走査ずれ（光学系の倍率誤差などによって発生する）の影響を受けることが無いため、高精度な測定ができる。この様に主副別々に独立して位置ずれの計測を行うことで、高精度な計測が行える。
【００１１】
図７に、主副同時に位置ずれを計測する場合のパターンの一例を示す。図７においては、主走査方向、及び副走査方向に合算してもお互いの位置が重ならない位置に独立ドットとしてパターンが生成される。ドットの大きさはセンサの感度に合わせて設定される。イメージセンサ４からの出力は、それぞれ主走査方向、副走査方向に合算された１次元データとして出力される。出力のＳ／Ｎ比はラインパターンに比較して多少低下するが、ピークの位置を検出しているため検知精度としてはさほど劣化せず検出できる。ずれの検知方法としては、ラインパターンの場合と同じになる。
図８に、ラインパターンで、主副同時に位置ずれを検出可能な例を示す。（検出方法は図７と同じ）
尚、特開平６−１８７９６号公報「画像形成装置及び走査装置」に示されるような、複数の感光体に、別々に独立したレーザービーム（レーザー書込み系）を用いて書き込み、異なった色のトナーで現像して転写紙上で重ね合せる、多色画像を得るもの（一般にタンデム方式と呼ばれている）、或いは特開平６−１００２号公報「書き込み位置の自動調整方法」に示されるような単数の感光体に、別々のレーザービームを照射して、多色の画像を得ようとするもの（単一感光体、複数書き込み光学系）においても、検出するトナーの色が異なってくるのみで、検出のやり方としては、上述の例と同様に行うことができる。
【００１２】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の請求項１記載の画像形成装置の位置ずれパターン検出装置によれば、結像光路中に、全反射面を有する第一の三角プリズム、反射面を有する第二の三角プリズム、及び、第一の三角プリズムと第二の三角プリズムとの間に配置された結像レンズとを設けることにより、光路の折り曲げを同時に効率良く行うことができるため、より低コスト化とコンパクト化を図ることができ、更にトナーの影の影響を無視できるレベルまで垂直に近く照明光を照射することができるので、単数の光源で効率良く照明し、低コスト化を図ることができる。
本発明の請求項２記載の画像形成装置の位置ずれパターン検出装置によれば、プリズムを使用することによって、照明光の合成と、光路の折り曲げを同時に効率良く行うことができるため、より低コスト化とコンパクト化を図ることが可能となる。
本発明の請求項２記載の画像形成装置の位置ずれパターン検出装置によれば、位置ずれ検出パターンを予め所定量ずらされた主走査又は副走査方向に平行なラインとすることで、感光体の速度むら等の影響を受けず、高精度に位置ずれを検出することができ、そのため、ビーム位置検出のための演算手段の負荷を少なくし、低コスト化が図れる。
本発明の請求項３記載の画像形成装置の位置ずれパターン検出装置によれば、位置ずれ検出パターンを、各ビームの位置が予め所定量ずらされた、任意の大きさの単独ドットとすることで、主走査、副走査方向の位置ずれを同時に計測することができ、処理の高速化を図ることができる。
本発明の請求項４記載の画像形成装置の位置ずれパターン検出装置によれば、イメージセンサと照明手段を同一基板に形成しているので、部品点数を減らし、低コスト化及びコンパクト化することができる。
本発明の請求項５記載の画像形成装置の位置ずれパターン検出装置によれば、イメージセンサの２次元データを、主走査又は副走査方向に合算して１次元のデータ上で、ビーム位置を求めることができるので、演算手段の計算量を減らし、低コストで高速なビームの位置ずれ検出が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例の概略図である。
【図２】本発明の位置ずれパターン検出装置を用いた画像形成装置の一例を示す図である。
【図３】プリズムへの照明光の入射の様子を示す図である。
【図４】照明光を合成する手段としての別の例を示す図である。
【図５】主走査方向のビームずれを検出するためのラインパターンの一例を示す図である。
【図６】副走査方向のビーム位置ずれを検出するためのラインパターンの一例を示す図である。
【図７】主副同時に位置ずれを計測する場合のパターンの一例を示す図である。
【図８】ラインパターンで、主副同時に位置ずれを検出可能な例を示す図である。
【符号の説明】
１三角プリズム
２三角プリズム
３光源
４イメージセンサ
５結像レンズ
６遮光部材
７基板
１０感光体

Claims

複数のレーザービームを用いて、感光体上に潜像を生成し、単独の画像を得る際、各レーザービームの位置のずれを、像担持体上に形成された位置検出パターンによりイメージセンサを用いて像担持体上で検出し、レーザービームの位置を補正するための画像形成装置の位置ずれパターン検出装置において、
像担持体上に形成されたパターンを照らすための光源が配置されること、
像担持体とイメージセンサまでの光路には、像担持体上に形成されたパターンを結像させるための結像手段が配置され、前記結像手段は、全反射面を有する第一の三角プリズム、反射面を有する第二の三角プリズム、及び、前記第一の三角プリズムと前記第二の三角プリズムとの間に配置された結像レンズとで構成されること、
前記光源から出射される光束は、前記第一の三角プリズムの斜面における全反射面から前記第一の三角プリズムの内部に進入して前記像担持体上に形成されたパターンに照射され、前記像担持体上に形成されたパターンに照射されたパターンの拡散光は、再度、前記第一の三角プリズム内にほぼ垂直に入射して、前記第一の三角プリズムの斜面における全反射面の内面で全反射によって直角に反射され、前記直角に反射された光束は、前記結像レンズを通り、前記第二の三角プリズムの斜面における反射面で反射されて、前記イメージセンサ上に結像されること、及び、
前記第一の三角プリズムの底面は前記像担持体上で前記パターンが形成された面に平行に配置されており、且つ、前記第一の三角プリズムの斜面は当該底面に対して４５度の角度を持っており、前記第一の三角プリズムの斜面から内部に進入した前記光束は、前記第一の三角プリズムの底面と直交する角度に対して傾斜した角度をもって前記第一の三角プリズムの斜面に入射し、前記像担持体上に形成されたパターンへの光束の照射角は、前記像担持体上で前記パターンが形成された面に垂直な角度に対して傾斜した角度であること、
を特徴とする画像形成装置の位置ずれパターン検出装置。
請求項１記載の画像形成装置の位置ずれパターン検出装置において、位置ずれを検出するための検出パターンは、各ビームの位置が予め所定量ずらされた、主走査又は副走査方向に平行なラインであり、どちらか一方の位置ずれを別々に計測することを特徴とする画像形成装置の位置ずれパターン検出装置。
請求項１記載の画像形成装置の位置ずれパターン検出装置において、位置ずれを検出するための検出パターンは、各ビームの位置が予め所定量ずらされた、任意の大きさの単独ドットであり、主走査、副走査方向の位置ずれを同時に計測することを特徴とする画像形成装置の位置ずれパターン検出装置。
請求項１記載の画像形成装置の位置ずれパターン検出装置において、イメージセンサと照明手段は、同一基板に形成されることを特徴とする画像形成装置の位置ずれパターン検出装置。
請求項２又は３記載の画像形成装置の位置ずれパターン検出装置において、当該位置ずれパターン検出装置は、２次元のイメージセンサの画像データを、主走査若しくは副走査方向に合算する合算手段を有し、該合算手段によって出力される１次元データ上でピーク位置を検出することによって位置ずれの検出を行うことを特徴とする画像形成装置の位置ずれパターン検出装置。