JP2004151543A

JP2004151543A - 露光ユニット自動焦点調整装置

Info

Publication number: JP2004151543A
Application number: JP2002318459A
Authority: JP
Inventors: Jun Nakai; 潤中井; Keisuke Isoda; 桂輔礒田
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】画像形成装置に用いられる露光ユニットであるＬＥＤプリントヘッドのピントずれを簡単に検知して、ピントずれを調整する。
【解決手段】ＬＥＤプリントヘッド２２はＬＥＤアレイ及びロッドレンズアレイを有しており、感光体ドラム２１を露光して得られた静電潜像を現像したトナー像を濃度センサ２８でスキャンして濃度分布を得る。濃度分布解析部２７では、濃度分布を電圧値に変換した電圧信号からＭＴＦを求める。濃度分布解析部２７はモータ駆動制御装置２２ａによってＬＥＤプリントヘッドの位置を調整して、ＭＴＦが最大となるようにＬＥＤプリントヘッドと感光体ドラムとの距離を調整する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理装置で用いられる露光ユニットの焦点を自動調整するための装置に関し、特に、電子写真プロセスを用いて画像形成を行う際の露光焦点を自動的に調整するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真プロセスを用いた画像形成装置において、露光用の光源として発光ダイオードアレイ（以下ＬＥＤアレイと呼ぶ）を用いた画像形成装置が知られており、この種の画像形成装置では、ＬＥＤアレイから出力される光を、ロッドレンズアレイを介して感光体ドラムに結像して、感光体ドラム上に静電潜像を形成している。
【０００３】
このような画像形成装置では、感光体ドラムの回転方向に直交する方向にＬＥＤアレイを配置して、ＬＥＤを選択的に発光させ、ロッドレンズアレイを介して感光体ドラムに光を結像するととともに、感光体ドラムを回転させ、感光体ドラム上に二次元的に静電潜像を形成している。以下、ＬＥＤアレイ及びロッドレンズアレイの組み合わせをＬＥＤプリントヘッドと呼ぶ。
【０００４】
ところで、ロッドレンズアレイの画像伝送特性は、送られる画像の質、即ち、解像力で評価され、画像伝送特性は、ＭＴＦ（ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＴｒａｎｓｆｅｒＦｕｎｃｔｉｏｎ）で表される。このＭＴＦは、ロッドレンズアレイの焦点位置で測定した場合と、焦点位置からずれて測定した場合とでは大きく異なる。図４に示すように、ロッドレンズアレイ１１の共役長（結像位置又は焦点距離：ＴＣ）は、１０ｍｍ程度である関係上、焦点位置のずれに対して極めて敏感であり、このため、感光体ドラムとＬＥＤプリントヘッドとの距離は常に一定になるようにする必要がある。
【０００５】
しかしながら、ＬＥＤプリントヘッドの結像位置（ＴＣ）を感光体ドラムの表面上に正確に設定することは、画像形成装置の組み立て時において、極めて難しく、組み立て時における結像位置の誤差に加えて、ＬＥＤプリントヘッドの機械的な歪み等が原因となって、ＬＥＤプリントヘッドの長手方向に沿って結像位置が異なることがある。そして、結像位置が正確に設定されないと、低画質の画像（例えば、濃度むらのある画像）が出力されることになる（つまり、ＭＴＦが劣化する）。
【０００６】
このような不具合に対処するため、例えば、プリンタ部にサンプル画像を形成させた後、このサンプル画像の画質を評価して、電子写真プロセスに用いられる露光結像系（ＬＥＤプリントヘッド）の位置ずれを検知する。そして、この検知結果に応じて電子写真プロセスにおける露光光量を調整するようにしている（特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−５５４９８公報（第７ページ及び第８ページ、第１８図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１に記載された手法では、結像位置ずれに起因する濃度むら等の画質低下を、サンプル画像の画質を評価して露光光量の調整によって行っている関係上、露光以後のプロセス（例えば、現像段階）で濃度むら等の画質低下が発生しても、結像位置ずれと判定してしまうことになる。さらに、結像位置が大きくずれた場合等には、露光光量を調整しただけでは、濃度むら等の画質低下を防止することは困難である。
【０００９】
加えて、特許文献１に記載された手法では、サンプル画像を評価して、結像位置のずれに応じて露光光量を調整している関係上、サンプル画像の形成を行わなければならず、サンプル画像を形成した後露光光量の調整を行い、そして、露光光量を調整した後、再度サンプル画像を形成して、画質の確認を行う必要があり、ＬＥＤプリントヘッドの結像位置ずれに起因する露光光量の調整が面倒であるという課題がある。
【００１０】
本発明の目的は、簡単にＬＥＤプリントヘッドの露光位置ずれ（焦点（ピント）ずれ）を検知して、ピントずれを調整できる自動焦点調整装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、像担持体を露光ユニットで露光して得られた静電潜像を現像してトナー像を前記像担持体上に形成して、前記トナー像を記録媒体に転写して画像形成を行う画像形成装置に用いられ、前記トナー像の濃度分布を計測して濃度分布を得る計測手段と、前記濃度分布に応じて前記露光ユニットと前記像担持体との距離を調整して、前記露光ユニットによる露光焦点を前記像担持体上に調整する焦点調整手段とを有することを特徴とする露光ユニット自動焦点調整装置が得られる。
【００１２】
このようにして、像担持体上に形成されたトナー像の濃度分布を計測して濃度分布を得て、濃度分布に応じて露光ユニットと像担持体との距離を調整して露光ユニットによる露光焦点を像担持体上に調整するようにすれば、印画を行うことなく、ピントを合わせることができて、簡単にピントずれを調整することができことになるばかりでなく、印画を行う必要がないから、ピント調整を迅速に行うことができることになる。
【００１３】
例えば、前記露光ユニットは光を発光する発光手段（ＬＥＤアレイ）と、前記光を前記像担持体上に結像させるレンズ系（ロッドレンズアレイ）とを有し、前記焦点調整手段は前記濃度分布に応じて得られるＭＴＦが最大となるように前記露光ユニットと前記像担持体との距離を調整する。
【００１４】
また、前記焦点調整手段は、予め規定された画像パターンで前記像担持体を露光して得られた静電潜像を現像したトナー像の濃度分布に応じて得られたＭＴＦを得て、前記露光ユニットと前記像担持体との距離を調整した後、再び前記画像パターンで前記像担持体を露光して得られた静電潜像を現像したトナー像の濃度分布に応じて得られたＭＴＦと前回のＭＴＦとを比較してその比較結果に応じて前記ＭＴＦが増加するように前記露光ユニットと前記像担持体との距離を調整するようにしてもよい。
【００１５】
このように、トナー像の濃度分布に応じて得られるＭＴＦに応じて露光ユニットと像担持体との距離を調整するようにしたから、ピントずれが大きい場合であっても、ピント調整を行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１７】
まず、図１を参照して、感光体ドラム（像担持体）２１の軸方向に沿ってＬＥＤプリントヘッド（以下ＬＰＨと呼ぶ）２２が配置されており、このＬＰＨ（露光ユニット）２２は、複数のＬＥＤが感光体ドラム２１の軸方向に配列されたＬＥＤアレイ（図示せず）を露光用の光源として用いるとともに、複数のロッドレンズを感光体ドラム２１の軸方向に配列したロッドレンズアレイ（図示せず）を用いて、ＬＥＤから出力される光を感光体ドラム上に結像させる。ＬＥＤアレイ及びロッドレンズアレイは一体化されて、ＬＰＨ２２とされる。
【００１８】
ＬＥＤアレイはＬＥＤ駆動回路２２ａによって駆動されており、ＬＥＤ駆動回路２２ａは、濃度分布解析部２７から与えられる画像データ（画像パターン）に応じてＬＥＤアレイを駆動することになる。なお、感光体ドラム２１及びＬＰＨ２２は画像形成装置本体の支持部２３に支持されている。
【００１９】
ＬＰＨ２２の両端部にはそれぞれモータ２４及び２５が配設され、モータ２４及び２５の駆動によって、ＬＰＨ２２と感光体ドラム２１との距離が実線矢印で示すように変化する。具体的には、ＬＰＨ２２の両端部にはそれぞれネジ部材（ピント調整ピン）２２ｂ及び２２ｃが回動可能に取り付けられており、ネジ部材２２ｂ及び２２ｃの下端は当接部材２２１に当接している。一方、モータ２４の回転軸２４ａ及びモータ２５の回転軸２４ｂはそれぞれネジ部材２２ｂ及び２２ｃに結合されており、これによって、モータ２４が駆動されると、モータ２４の駆動量に応じてネジ部材２２ｂが回動されて、ＬＰＨ２２の一端部が図中上下方向に移動する。
【００２０】
同様に、モータ２５が駆動されると、モータ２５の駆動量に応じてネジ部材２２ｃが回動されて、ＬＰＨ２２の他端部が図中上下方向に移動する。この結果、モータ２４及び２５の駆動量に応じてＬＰＨ２２は感光体ドラム２１の軸方向に沿って感光体ドラム２１との位置関係が変化することになる。
【００２１】
モータ２４及び２５はモータ駆動制御装置２６によって駆動制御されており、モータ駆動制御装置２６は、後述するようにして、濃度分布解析部２７から与えられるモータ駆動指令に応じてモータ２４及び２５を制御することになる。
【００２２】
感光体ドラム２１に対向して、濃度センサ（ＩＤセンサ：計測手段）２８が配置されており、このＩＤセンサ２８は感光体ドラム２１の軸方向に沿って、図中破線矢印で示すように、移動されて、感光体２１上のトナー像をスキャンする。ＩＤセンサ２８から出力される濃度信号は電圧計２９で電圧信号（Ｖ_ＩＤ）に変換されて、濃度分布解析部２７に与えられる。そして、濃度分布解析部２７は電圧信号に応じて感光体ドラム２１に形成されたトナー像の濃度分布を解析する。
【００２３】
いま、ＬＰＨ２２の結像位置ずれ（ピント調整）を行う際には、予め規定された画像データ（画像データ）を用いて感光体ドラム２１を露光して、静電潜像を感光体ドラム２１上に形成し、この静電潜像を現像して、例えば、図２に示すトナー像を得る。つまり、濃度分布解析部２７には、予め規定された画像データ（画像パターン）が記憶されており、ピント調整を指示するピント調整信号を受けると、濃度分布解析部２７では、予め規定された画像パターンをＬＥＤ駆動回路２２ａに与え、ＬＥＤ駆動回路２２ａはこの予め規定された画像パターンでＬＰＨ２２を駆動する。
【００２４】
ここでは、感光体ドラム２１として、ＯＰＣ感光体ドラムを用いて、例えば、感光体ドラム２１の表面を、帯電器（図示せず）によって均一に帯電して、前述の予め規定された画像パターンによってＬＰＨ２２を駆動して感光体ドラム２１上に静電潜像を形成した。そして、現像器（図示せず）によって静電潜像を現像して、感光体ドラム２１上に、図２に示すトナー像を形成した。
【００２５】
ここでは、感光体ドラム２１の露光前表面電位は４００Ｖ、暗電位は８０Ｖ、半減露光量を０．１７μＪ／ｃｍ^２、感光体ドラム２１の線速を９７ｍｍ／ｓｅｃとした。また、ＬＰＨ２２のサイズはＡ４サイズであり、解像度を６００ｄｐｉ、露光量を０．５〜０．９μＪ／ｃｍ^２、焦点距離（ＴＣ）を１２ｍｍ〜１８ｍｍ、露光光の波長を６８５ｎｍ〜８００ｎｍとした。さらに、現像の際のバイアス電圧を、直流成分：２７０Ｖ、交流電圧振幅：１．８ｋＶ〜２．５ｋＶ、周波数：１．５〜３．０ｋＨｚとした。
【００２６】
上述のようにして、感光体ドラム２１上にトナー像を形成した後、ＩＤセンサ２８を破線矢印で示す方向にスキャンして、感光体ドラム２１上に形成されたトナー像の濃度分布を得る。そして、この濃度分布を示す信号（濃度分布信号）は電圧計２９に与えられて、ここで、濃度に応じた電圧値に変換されて電圧信号として濃度分布解析部２７に与えられる。
【００２７】
図３を参照すると、図１に示すトナー像において、破線矢印で示す方向にＩＤセンサ２８がスキャンされたとすると、電圧計２９からは図３に示す電圧信号（Ｖ_ＩＤ）が出力される。例えば、現像に当たって、黒トナーを用いた際には、正反射光で濃度分布を検出すると、谷となる箇所が最も黒トナー量が多く、光吸収のピークを表している。従って、黒色の部分（最も黒トナーの量が多い部分）で最低電圧値（Ｖ_ｂ）となり、白色の部分（最も黒トナーの量が少ない部分）で最高最低電圧値（ピーク：Ｖ_ａ）となる電圧信号が電圧計２９から出力されることになる。
【００２８】
濃度分布解析部２７では、図３に示す電圧信号に応じてＭＴＦを計算して第１のＭＴＦを求める。ここでは、ＭＴＦ＝（Ｖ_ａ−Ｖ_ｂ）／（Ｖ_ａ＋Ｖ_ｂ）×１００で表される。そして、このＭＴＦは、ＬＰＨ２２のピントがずれると、小さくなる。
【００２９】
濃度分布解析部２７は、上述のようにして得られた第１のＭＴＦを内蔵する記憶部に記憶する。その後、濃度分布解析部２７は、モータ駆動指令をモータ駆動制御装置２６に与える。このモータ駆動指令に応答して、モータ駆動制御装置２６はモータ２４及び２５を予め規定された回転量だけ駆動させて、感光体ドラム２１とＬＰＨ２２との距離を変化させる。
【００３０】
その後、濃度分布解析部２７では予め規定された画像パターンをＬＥＤ駆動回路２２ａに与えて、ＬＰＨ２２を駆動し、感光体ドラム２１を露光して、静電潜像を形成する。そして、この静電潜像は現像器で現像されて、トナー像となる。
【００３１】
次に、前述のようにして、ＩＤセンサ２８をスキャンして、トナー像の濃度分布を計測し、濃度信号が電圧計２９に与えられる。そして、電圧計２９からは電圧信号が濃度分布解析部２７に与えられる。濃度分布解析部２７では、２回目の電圧信号に応じてＭＴＦを計算して第２のＭＴＦを求める。
【００３２】
そして、濃度分布解析部２７では、第１のＭＴＦと第２のＭＴＦとを比較して、第１のＭＴＦ＜第２のＭＴＦであれば、ピントが合う方向にＬＰＨ２２と感光体ドラム２１との位置関係が調整されていると判定する。一方、第１のＭＴＦ＞第２のＭＴＦであれば、ピントがずれる方向にＬＰＨ２２と感光体ドラム２１との位置関係が調整されていると判定する。
【００３３】
第１のＭＴＦ＜第２のＭＴＦであると、第２のＭＴＦを記憶部に格納した後、前述のようにして、再度モータ２４及び２５を回転駆動して、ＬＰＨ２２の位置を調整し、再び予め規定された画像パターンで露光を行って、トナー像を得る。そして、ＩＤセンサ２８によってトナー像をスキャンした結果得られた電圧信号に応じてＭＴＦを計算して、第３のＭＴＦを求める。
【００３４】
第２のＭＴＦと第３のＭＴＦとを比較して、第２のＭＴＦ＜第３のＭＴＦであると、第３のＭＴＦを記憶部に格納した後、再び、ＬＰＨ２２の位置を調整して、第４のＭＴＦを得る。一方、第２のＭＴＦ＞第３のＭＴＦであれば、第２のＭＴＦが得られたＬＰＨ２２の位置が、ピントが合っている位置であると判定する。
【００３５】
このようにして、第（Ｎ−２）のＭＴＦ＜第（Ｎ−１）のＭＴＦ＜第ＮのＭＴＦの関係が得られるまで、つまり、ＭＴＦが最大となるまで、ＬＰＨ２２の位置を調整して、ピントを合わせることになる。
【００３６】
前述のように、第１のＭＴＦ＞第２のＭＴＦである際には、モータ２４及び２５の回転方向を逆にして、前述したようにして、ＬＰＨ２２の位置を調整してＭＴＦが最大となるまで、ＬＰＨ２２の位置（感光体ドラム２１とＬＰＨ２２との距離）を調整することになる。
【００３７】
なお、上述の説明から容易に理解できるように、電圧計、濃度分布解析部、モータ駆動制御回路、及びモータは焦点調整手段として機能する。
【００３８】
このようにして、予め規定された画像パターンで感光体ドラムを露光した結果得られる静電潜像を現像してトナー像を得て、トナー像の濃度分布に応じてＭＴＦを求めて、このＭＴＦに基づいてＬＰＨの位置を調整するようにしたから、記録用紙に画像を形成することなく（つまり、印画を行うことなく）、ＬＰＨの露光焦点を調整することができることになる（つまり、ピントを合わせることができる）。言い換えると、簡単にＬＰＨの露光位置ずれ（焦点（ピント）ずれ）を検知して、容易のピントの調整を行うことができる。
【００３９】
加えて、感光体ドラム上のトナー像をスキャンして得られた濃度分布に応じてＭＴＦを求めて、ＬＰＨのピント合わせを行うようにしたから、トナー像を記録用紙に転写する転写過程以降における各種外乱（ノイズ）に影響されることなく、ピント合わせを行うことができる。
【００４０】
また、露光光量の調整を行うことなく、ＭＴＦに応じてＬＰＨの位置を調整するようにしたから、ピントずれが大きい場合であっても、ピント調整を行うことができることになる。そして、印画を行う必要がないから、ピント調整を迅速に行うことができることになる。
【００４１】
なお、画像形成を行うにつれて、感光体ドラムの表面が削られて感光体が薄くなったとしても、前述のように、感光体ドラムとＬＰＨとの距離を調整しているから、容易にＬＰＨのピントを調整することができることになる。
【００４２】
ところで、感光体ドラム２１の回転に所謂偏芯が存在する際には、前述のＭＴＦの最大値と最小値との差が大きくなる。このため、濃度分布解析部２７に所定の閾値を設定しておき、ＭＴＦの最大値と最小値との偏差が所定の閾値（第１の閾値）を越えると、濃度分布解析部２７では、例えば、表示パネル（図示せず）等に「ドラム振れ大」と表示して、感光体ドラム２１の交換を促すようにしてもよい。さらに、ＭＴＦの最大値と最小値との偏差が第１の閾値以下であるが、この第１の閾値よりも小さい第２の閾値を越えている際には、感光体ドラム２１を回転させつつ、ＩＤセンサ２８で感光体ドラム２１上のトナー像を複数回スキャンして得られるＭＴＦを平均して、その平均値をＬＰＨ２２の位置を調整する際のＭＴＦとして用いるようにしてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、像担持体上に形成されたトナー像の濃度分布を計測して濃度分布を得て、濃度分布に応じて露光ユニットと像担持体との距離を調整して露光ユニットによる露光焦点を像担持体上に調整するようにしたから、印画を行うことなく、ピントを合わせることができ、簡単にピントずれを調整することができるという効果がある。そして、印画を行う必要がないから、ピント調整を迅速に行うことができるという効果がある。
【００４４】
さらに、トナー像の濃度分布に応じて得られるＭＴＦが最大となるように露光ユニットと像担持体との距離を調整するようにしたから、トナー像を転写する転写過程以降における各種外乱（ノイズ）に影響されることなく、ピント合わせを行うことができるという効果がある。そして、露光光量の調整を行うことなく、ＭＴＦに応じて露光ユニットの位置を調整するようにしたから、ピントずれが大きい場合であっても、ピント調整を行うことができることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による自動焦点調整装置の一例を感光体ドラム及びＬＥＤプリントヘッドとともに示す図である。
【図２】予め規定された画像パターンで形成されたトナー像の一例を示す図である。
【図３】ＭＴＦを求める際の一例を示す図である。
【図４】ＬＥＤプリントヘッドに用いられるロッドレンズの一例を示す図である。
【符号の説明】
２１感光体ドラム
２２ＬＥＤプリントヘッド（ＬＰＨ）
２２ａＬＥＤ駆動回路
２３支持部
２４，２５モータ
２２ｂ，２２ｃネジ部材（ピント調整ピン）
２６モータ駆動制御装置
２７濃度分布解析部
２８濃度センサ（ＩＤセンサ）
２９電圧計

Claims

像担持体を露光ユニットで露光して得られた静電潜像を現像してトナー像を前記像担持体上に形成して、前記トナー像を記録媒体に転写して画像形成を行う画像形成装置に用いられ、
前記トナー像の濃度分布を計測して濃度分布を得る計測手段と、
前記濃度分布に応じて前記露光ユニットと前記像担持体との距離を調整して、前記露光ユニットによる露光焦点を前記像担持体上に調整する焦点調整手段とを有することを特徴とする露光ユニット自動焦点調整装置。
前記露光ユニットは光を発光する発光手段と、前記光を前記像担持体上に結像させるレンズ系とを有し、
前記焦点調整手段は前記濃度分布に応じて得られるＭＴＦが最大となるように前記露光ユニットと前記像担持体との距離を調整するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の露光ユニット自動焦点調整装置。
前記露光ユニットは光を発光する発光手段と、前記光を前記像担持体上に結像させるレンズ系とを有し、
前記焦点調整手段は、予め規定された画像パターンで前記像担持体を露光して得られた静電潜像を現像したトナー像の濃度分布に応じて得られたＭＴＦを得て、前記露光ユニットと前記像担持体との距離を調整した後、再び前記画像パターンで前記像担持体を露光して得られた静電潜像を現像したトナー像の濃度分布に応じて得られたＭＴＦと前回のＭＴＦとを比較してその比較結果に応じて前記ＭＴＦが増加するように前記露光ユニットと前記像担持体との距離を調整するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の露光ユニット自動焦点調整装置。