JP2005088371A

JP2005088371A - 発光素子アレイ位置検出装置

Info

Publication number: JP2005088371A
Application number: JP2003325303A
Authority: JP
Inventors: Motoi Hiramatsu; 基平松; Koichi Kawano; 康一川野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】測定をしながら複数の発光素子間のドット位置合わせのための測定とドットの深度測定を製品本体と異なる測定装置で行い、測定しながら調整を行うリアルタイム的作業を得る光素子アレイ位置検出装置を提供することにある。
【解決手段】複数の発光素子を直線状に並べて配置した発光素子アレイ１−１、１−２、１−３を複数個用いる場合に各々の発光素子アレイ１−１、１−２、１−３を所定の位置に調整・配置するようになされ、そして発光素子を選択的に点灯させる発光素子発光手段７と前記発光素子アレイ１−１、１−２、１−３に対向させて配設された発光ビームを検出する光受光素子３−１、３−２、３−３とこの光受光素子３−１、３−２、３−３に入力されたデータを処理する画像処理手段６と全体の制御と共にデータ処理を行うコンピュータ８とを含んでいる発光素子アレイ位置検出装置において、複数の発光素子アレイ１−１、１−２、１−３の相対位置関係を検出し、繋ぎ目に相当する発光素子アレイの点灯ビットを位置関係に応じて変更する発光素子アレイ位置検出装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機等の事務機器においてＬＥＤプリンタの露光装置として使用されるＬＥＤヘッドを複数個配置し長尺状態に配置するために位置決め（ビーム位置、ビーム深度）するための発光素子アレイ位置検出装置に関するものである。

従来から、複数のＬＥＤ等の発光素子を基板上に一直線上に並べて配置した発光素子アレイユニット（発光素子アレイ基板）から発した光を書き込み対象物である感光体の帯電面に照射し、そこに潜像を書き込むようにした書き込み装置が知られている（例えば特許文献１および２参照）。
特許文献１には、発光素子アレイユニット（発光素子アレイ基板）から発した光を書き込み対象物である感光体の帯電面に照射し、そこに潜像を書き込みその潜像を読み取る機構を製品自体に設けた技術が開示されている。
特許文献２は、単体のＬＥＤプリントヘッドアレイ内の複数のＬＥＤが配列のずれを測定する装置を開示しており、複数のＬＥＤヘッドの位置関係を測定するものではない。
ただし、測定範囲を広げ、複数のＬＥＤアレイの発光部分に対応すればそれなりの効果を得られるが、投影スクリーンやＸＹステージの構成があり、装置が複雑となる。さらに、特許文献１と同様にリアルタイム的作業を得ることはできない。
このような書き込み装置で、例えば、Ａ０サイズのように幅が広い画像を書き込む場合には、その画像の書き込み幅以上の例えば１ｍ程度の長さの発光素子アレイユニットを必要とする。
しかしながら、このように１ｍもの長さの発光素子アレイユニットを、例えば４００ｄｐｉ（ドットピッチ６３．５μｍ）で作ろうとすると、幅広のＬＥＤチップマウンタやワイヤボンディングマシン等の高価な設備が専用で必要となる。
また、発光素子列に対応して設ける自己収束性ロッドレンズアレイ（セルフォックレンズアレイ：ＳＬＡ）も、一般的に幅が広くなればなるほど単位長さ当りの価格が高くなってしまうということがあった。
そこで、このような問題を解決するために、従来の書き込み装置には、例えばＡ３サイズの幅のように比較的短尺に形成した発光素子アレイユニットを、その発光素子アレイ（ＬＥＤアレイ）が並んでいる長手方向に複数個並べることにより、全体として長尺の発光素子アレイユニットを構成するようにしたものがある（例えば、特許文献３参照）。
特開平１−１７０９６１号公報特許第３０１４１５６号実開昭６４−１６３４２号公報

しかしながら、このように複数個の発光素子アレイユニットを長手方向に並べて長尺の発光素子アレイユニットを構成しているものでは、その複数の発光素子アレイユニットのユニット間のドット位置合わせが問題になる。
すなわち、４００ｄｐｉにおけるドットピッチは６３．５μｍであるが、通常はドットピッチ誤差を５μｍ程度よりも小さくしないと、画像に縦の黒や白のスジが発生し易い。
しかしながら、上記のように複数個の発光素子アレイユニットを長手方向に並べる場合の各々の発光素子アレイユニットの配置を正確に行う装置に関する公知の技術はこれまで開発されていない。
発光素子アレイユニット（発光素子アレイ基板）から発した光を書き込み対象物である感光体の帯電面に照射し、そこに潜像を書き込み、一般に知られる複写機の現像機構により現像させた出力画像をみて調整しているが、この方法は紙を大量に使用することから、環境負荷が大きいという問題点がある。
また、特許文献１におけるように、発光素子アレイユニット（発光素子アレイ基板）から発した光を書き込み対象物である感光体の帯電面に照射し、そこに潜像を書き込みその潜像を読み取る機構を製品自体に設けたものはある。
製品自体にこれらの機構を持たせることは製品コストを大幅にアップさせる。また、ずれ測定には光量の変化を検出するセンサとスリットとを組み合わせ、潜像を移動させて、移動中の光量変化でずれ量を把握する。
しかしこの方法では測定（スキャン）、調整、再測定、調整を繰り返すこととなり、測定しながら調整を行うリアルタイム的作業とはならないため。トライ＆エラーが必要とされる効率の悪いものとなる。
一方、特許文献２の装置は単体のＬＥＤプリントヘッドアレイ内の複数のＬＥＤが配列のずれを測定する装置であり、複数のＬＥＤヘッドの位置関係を測定するものではない。
本発明の目的は、上記の課題を解決するために、測定をしながら複数の発光素子間のドット位置合わせのための測定とドットの深度測定を製品本体と異なる測定装置で行い、測定しながら調整を行うリアルタイム的作業を得る光素子アレイ位置検出装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、リアルタイム的作業のときに作業者に対して効率の良い調整を行うための補助手段を提供して、調整工数の削減、バラツキのない調整作業を補助する光素子アレイ位置検出装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数の発光素子を直線状に並べて配置した発光素子アレイを複数個用いる場合に各々の発光素子アレイを所定の位置に調整・配置するようになされ、そして発光素子を選択的に点灯させる発光素子発光手段と前記発光素子アレイに対向させて配設された発光ビームを検出する光受光素子とこの光受光素子に入力されたデータを処理する画像処理手段と全体の制御と共にデータ処理を行うコンピュータとを含んでいる発光素子アレイ位置検出装置において、複数の発光素子アレイの相対位置関係を検出し、繋ぎ目に相当する発光素子アレイの点灯ビットを位置関係に応じて変更する発光素子アレイ位置検出装置を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記複数の発光素子アレイの相対位置関係を検出し、繋ぎ目に相当する発光素子アレイの点灯ビットを位置関係に応じて変更した点灯ビットのズラシ量のデータを記憶する請求項１記載の発光素子アレイ位置検出装置を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記複数の発光素子アレイの相対位置関係を検出し、繋ぎ目に相当する発光素子アレイの点灯ビットを位置関係に応じて変更した点灯ビットのズラシ量のデータとして外部へ出力する出力手段を有する請求項１または２記載の発光素子アレイ位置検出装置を特徴とする。

本発明によれば、ＬＥＤアレイのＬＥＤ縦列方向（主走査方向）についてはＬＥＤの点灯位置をずらすことで電気的に調整（補正）することとする。つまり繋ぎ目にギャップがある場合に、その量をＬＥＤの点灯位置をずらすことで調整してしまう。
このことよって、機械的調整が減り、調整工数を削減することが可能となる。また、製品に調整機構を有する場合は製品の構造も調整簡略化でき、装置側に調整機構を持たす場合もそれを削除することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明による発光素子アレイ位置検出装置を示す概略斜視図である。発光素子（ＬＥＤ）アレイ１−１〜１−３は本実施の形態では３本のＬＥＤアレイ（ＬＥＤＡ）を千鳥状（長手方向及び幅方向位置を交互にずらした状態）に配置している。
これらＬＥＤアレイ１−１〜１−３は詳細を図示しない製品構造体２により連結されている。一般的な複写機などの画像形成装置の感光体ドラム上に潜像を与えるための光源として活用されるユニットである。
ＬＥＤアレイ１−１〜１−３および製品構造体２が調整される製品であり、調整のための機構（微動送り、固定）はこの製品側が持っている。図示はしてないが、調整機構を治具に持たせれば、固定手段のみ製品に持たせることも可能である。
本装置は装置のベース部５に調整時に製品を固定するための位置決め機構（図示しない）を有する側板４−１、４−２で製品構造体２の両端部を支持している（構造体２に基準位置がありその基準位置を支持している。構造体２の基準位置は製品（複写機など）にセットするさいの基準位置と同じことが好ましい）。
各々の配置位置とＬＥＤの深度（焦点）位置を調整するにあたり、本装置では３−１〜３−４およびＡ−１〜Ａ−６がＣＣＤカメラであり（ここでのＣＣＤカメラは２次元状に受光素子を有しているものが好ましい）、図のように配置している。
ＣＣＤカメラ３−１〜３−４およびＡ−１〜Ａ−６のＣＣＤ画素配置面は画像形成装置の感光体面と一致（深度距離）しているのが好ましい。本実施の形態ではＣＣＤカメラ３−１〜３−４およびＡ−１〜Ａ−６にはレンズなどの光学系部材はなく直接ＣＣＤ素子でＬＥＤ発光を受光している。もちろん光学系部材を用いてＬＥＤ発光を受光しても構わない（レンズで拡大して受光するなど）。
場合によっては、ＬＥＤの発光量で、ＣＣＤ受光量が飽和してしまう場合があるが、光学的絞りがない本実施の形態の場合は光量補正に図示しないＮＤフィルタをＣＣＤ画素前に配置し使用する。通常はＬＥＤの駆動機構により光量補正を行う。

本実施の形態ではＣＣＤカメラ３−１、３−２で１つのＬＥＤＡの傾きを検出し、３−２、３−３で他のＬＥＤ３−３、３−４でさらに他のＬＥＤＡの傾きを検出する。
この発光素子アレイ位置検出装置は複数の発光素子を直線状に並べて配置した光素子アレイを複数個用いて光学書き込み系を構築する場合の各々の発光素子アレイを所定の位置に検出・配置する。
また、発光素子アレイ位置検出装置はＬＥＤ発光（駆動）手段７（ＬＥＤを選択的に点灯させるＬＥＤ駆動手段）と前記発光素子アレイ１−１〜１−３に対向させて配設された発光ビームを検出する光受光素子（例えば、ＣＣＤカメラ）３−１〜３−４およびＡ−１〜Ａ−６と光受光素子に入力されたデータを処理する画像処理手段（画像処理装置）６と全体の制御と共にデータ処理を行うコンピュータ８とを有する。

図２は各々の画素（格子状に配列）の位置と製品構造体の位置決め基準の位置関係を示す概略図である。各々のＣＣＤカメラは顕微鏡などを用いて予め各々の画素（格子状に配列）の位置と製品構造体２の位置決め基準の位置関係が明確になっている。
ＬＥＤＡの基準の発光点として、各ＬＥＤＡの任意の点（単数または複数）をＬＥＤ発光（駆動）手段７により発光させる。この場合、各々のＬＥＤＡの傾きも調整するので発光点は各ＬＥＤＡの端部に近い点が好ましい。
したがって、特定のＬＥＤＡの発光点がＣＣＤ受光素子に照射されるべき画素位置をコンピュータ８に記憶できる。この場合、図２の測定を行わず、ＬＥＤＡが正しく配置されたマスタのＬＥＤユニットを用い、これを装置にセットし、特定（基準となる）の発光素子を発光させＣＣＤカメラで受光し基準となる画素位置として記憶させてもよい。
さらにＣＣＤカメラ３−２、３−３のビームの位置を検出する光受光素子は複数のＬＥＤＡの発光を１つの受光素子内で受光することでＬＥＤユニットの繋ぎ目を測定する。
この場合、複数のＬＥＤＡの繋ぎ目に相当するＬＥＤを発光点とするのが好ましい。位置の解っているＣＣＤ画素にＬＥＤの基準発光点が入射することで、ＬＥＤ発光点位置が測定可能となる（受光された位置とＣＣＤ受光素子の基準画素点のずれが明確になる）。
これによって、繋ぎ目部分のずれの測定、調整が可能となる。位置の検出には発光点が入射するＣＣＤ画素より画像処理装置６を用いて受光点の重心位置や、最高光量の画素として求めるのが望ましい。
ＬＥＤＡ１−１〜１−３のピント（深度）状態の確認はＣＣＤカメラＡ−１〜Ａ−６にて行う。ピントの確認は、例えばビーム径の大きさにより判断する（一般にピントが合うほど径は小さくなる）。
または、ビームのピーク光量で判断（一般にピントが合うほどビームのピーク光量は大きくなる）するのが好ましい。光学調整で一般的なＭＴＦにて行うことも可能である。

図３は発光素子アレイの繋ぎ目のギャップを示す概略図である。図４は図３の発光素子アレイ（ＬＥＤＡ）の繋ぎ目のギャップを、点灯位置をずらして調整した状態を示す概略図である。ＬＥＤＡ１−１および１−２の繋ぎ目を検出・調整するＣＣＤカメラは１つのＣＣＤ３−２で両方のＬＥＤＡの光を捉えて、位置関係を把握している。
各々のＬＥＤＡ１−１、１−２の光の相対位置がＣＣＤ画素位置から演算、認識できる。ここでＬＥＤＡ１−１、１−２のＬＥＤ縦列方向（主走査方向）についてはＬＥＤの点灯位置をずらすことで電気的に調整（補正）することとする。
つまり図３に有るように繋ぎ目にギャップ（繋ぎ目ビットのずれ）がある場合に、図４で示すように、その量をＬＥＤの点灯位置をずらすことで調整してしまうのである。

図５は発光素子アレイの繋ぎ目を１つのカメラで検出する場合のカメラ配置を示す概略図である。図６は図５の１つのカメラを２つに分けた場合を示す概略図である。
発光素子アレイ（ＬＥＤＡ）１−１、１−２、１−３の繋ぎ目を１つのＣＣＤカメラ３−２または３−３で検出する場合のカメラ配置であるが、ＬＥＤＡ１−１、１−２、１−３の間隔が広がると１つのＣＣＤカメラ３−２または３−３では画素範囲に限界がある。
その場合は図６のようにＣＣＤカメラ３−２または３−３をそれぞれ２つに分け、ＣＣＤカメラ３−２−１および３−２−２またはＣＣＤカメラ３−３−１および３−３−２にすることも可能である。この場合、それぞれの２つのＣＣＤカメラの相対位置を予め把握しておけばよい。
このことよって、機械的調整が減り、調整工数を削減することが可能となる。なお、製品に調整機構を有する場合は製品の構造も調整簡略化できる。装置側に調整機構を持たす場合も調整工程を削除することができる。
ＬＥＤの点灯位置のズラシ量を装置に記憶することで、ユニット（ＬＥＤＡが千鳥状に配列されたユニット）１−１、１−２、１−３を製品に搭載したさい、そのデータを製品の点灯制御部へ送り、点灯をずらすことで、製品でのＬＥＤＡの位置関係を確保する。
ずれ量のデータを記憶する手段を有することで調整ユニットを別工程で製品に組み込む時に、そのデータを出力し、製品に送ることで、ずれ量の補正が別工程でも可能となる。
ズラシ量のデータを外部へ出力する手段、例えば検査表へ印字する、または、バーコードにして製品にシールとして貼り付けるなどを行い、調整済みユニットを製品に搭載する工程で、データを、例えば製品の操作部より入力する。またはバーコードを読み取ることで製品の点灯位置のデータを変更することが可能となる。
ずれ量のデータを外部へ出力する手段（出力手段）を有することで、別工程で製品に組み込む時に前記の例では装置の記憶部へアクセスする機構が必要であるが、外部へ出力された媒体を利用することで、装置にアクセスする必要は無い。

以上のように設置されるＣＣＤカメラからの画像データを処理する画像処理装置６とコンピュータ８があり、これらによって処理されたデータをコンピュータ８に接続されたモニタ９（出力手段）へ出力する。
モニタ９へ出力されるデータは、ＣＣＤカメラＡ−１〜Ａ−６から得られる画像データを演算処理した後の計測データ（たとえば、ＬＥＤビーム径やＬＥＤビームの位置）だけでなく、ＣＣＤカメラＡ−１〜Ａ−６からの入力画像を同時に表示する。

本発明による光素子アレイ位置検出装置を示す概略斜視図である。各々の画素（格子状に配列）の位置と製品構造体の位置決め基準の位置関係を示す概略図である。発光素子アレイの繋ぎ目のギャップを示す概略図である。図３の発光素子アレイ（ＬＥＤＡ）の繋ぎ目のギャップを、点灯位置をずらして調整した状態を示す概略図である。発光素子アレイの繋ぎ目を１つのカメラで検出する場合のカメラ配置を示す概略図である。図５の１つのカメラを２つに分けた場合を示す概略図である。

符号の説明

１−１ＬＥＤ（発光素子）アレイ（ＬＥＤＡ）
１−２ＬＥＤ（発光素子）アレイ（ＬＥＤＡ）
１−３ＬＥＤ（発光素子）アレイ（ＬＥＤＡ）
３−１光受光素子（ＣＣＤカメラ）
３−４光受光素子（ＣＣＤカメラ）
Ａ−１光受光素子（ＣＣＤカメラ）
Ａ−６光受光素子（ＣＣＤカメラ）
６画像処理手段（画像処理装置）
７発光素子発光手段（ＬＥＤ発光（駆動）手段）
８コンピュータ
９モニタ

Claims

複数の発光素子を直線状に並べた構成の発光素子アレイを複数個用いる場合に各々の発光素子アレイを所定の位置に調整・配置するようになされ、そして発光素子を選択的に点灯させる発光素子発光手段と、前記発光素子アレイに対向させて配設された発光ビームを検出する光受光素子と、この光受光素子に入力されたデータを処理する画像処理手段と、全体の制御と共にデータ処理を行うコンピュータと、を含んでいる発光素子アレイ位置検出装置において、複数の発光素子アレイの相対位置関係を検出し、繋ぎ目に相当する発光素子アレイの点灯ビットを位置関係に応じて変更することを特徴とする発光素子アレイ位置検出装置。
前記複数の発光素子アレイの相対位置関係を検出し、繋ぎ目に相当する発光素子アレイの点灯ビットを位置関係に応じて変更した点灯ビットのズラシ量のデータを記憶することを特徴とする請求項１記載の発光素子アレイ位置検出装置。
前記複数の発光素子アレイの相対位置関係を検出し、繋ぎ目に相当する発光素子アレイの点灯ビットを位置関係に応じて変更した点灯ビットのズラシ量のデータとして外部へ出力する出力手段を有することを特徴とする請求項1または２記載の発光素子アレイ位置検出装置。