JP3958195B2 - Image forming apparatus - Google Patents

Description

【００１４】
そこで、本発明は、簡易且つ低コストな構成で色ずれを高精度に検知できる位置合わせパターン検知手段としての位置合わせパターン検知センサ、これを用いた画像形成装置、及び色ずれ検知方法、色ずれ補正方法の提供を、その主な目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、複数の像担持体を有し、各像担持体上に位置合わせのためのライン像を形成し、各ライン像を転写体上に転写する構成を有する画像形成装置であって、基準色である黒のライン像と該基準色以外の色のライン像とを重ねて形成された複数ラインを１つのパッチとし、２色のライン像の相対的位置関係を任意量ずつずらしたパッチを連続的に複数形成してなる位置合わせパターンと、該位置合わせパターンを検知する位置合わせパターン検知手段と、該位置合わせパターン検知手段からの上記複数のパッチに対応した複数の出力信号に基づいて上記基準色の黒のライン像と該基準色以外の色のライン像との位置ずれ量とその方向を計算し該位置ずれ量を補正する位置ずれ量補正手段を有する画像形成装置において、上記位置合わせパターン検知手段は、発光部から光を照射して上記位置合わせパターンからの反射光を受光部により検知する位置合わせパターン検知センサであり、上記受光部は、上記反射光の拡散反射光又は拡散反射成分を検知するように構成され、上記発光部と受光部が上記位置合わせパターンの走査方向に沿って配置され、少なくとも上記受光部のスポット形状が、上記位置合わせパターンの異なる位置での上記基準色の黒のライン像に対する上記基準色以外の色のライン像のシフト量に対する面積増分が一定となる形状に設定されているパターン検知センサである、という構成を採っている。
【００１６】
請求項２記載の発明では、インクジェット方式によりカラー画像を得る画像形成装置であって、基準色である黒のライン像と該基準色以外の色のライン像とを重ねて形成された複数ラインを１つのパッチとし、２色のライン像の相対的位置関係を任意量ずつずらしたパッチを連続的に複数形成してなる複数の位置合わせパターンと、該位置合わせパターンを検知する位置合わせパターン検知手段と、該位置合わせパターン検知センサからの上記複数のパッチに対応した複数の出力信号に基づいて上記基準色の黒のライン像と該基準色以外の色のライン像との位置ずれ量とその方向を計算し該位置ずれ量を補正する位置ずれ量補正手段を有する画像形成装置において、上記位置合わせパターン検知手段は、発光部から光を照射して上記位置合わせパターンからの反射光を受光部により検知する位置合わせパターン検知センサであり、上記受光部は、上記反射光の拡散反射光又は拡散反射成分を検知するように構成され、上記発光部と受光部が上記位置合わせパターンの走査方向に沿って配置され、少なくとも上記受光部のスポット形状が、上記位置合わせパターンの異なる位置での上記基準色の黒のライン像に対する上記基準色以外の色のライン像のシフト量に対する面積増分が一定となる形状に設定されているパターン検知センサである、という構成を採っている。
【００１７】
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の画像形成装置において、上記受光部のスポット形状を四角形とした、という構成を採っている。
【００１８】
請求項４記載の発明では、請求項１乃至３のうちの何れか１つに記載の画像形成装置において、上記発光部と受光部の指向特性の中心軸が上記位置合わせパターンの走査方向と一致している、という構成を採っている。
【００１９】
請求項５記載の発明では、請求項１乃至４のうちの何れか１つに記載の画像形成装置において、上記発光部が発光ダイオードにより構成され、上記受光部がフォトダイオード又はフォトトランジスタにより構成されている、という構成を採っている。
【００２０】
請求項６記載の発明では、請求項５記載の画像形成装置において、上記受光部が、広指向角の受光素子である、という構成を採っている。
【００２１】
請求項７記載の発明では、請求項５記載の画像形成装置において、上記発光部、受光部のいずれか一方又は両方の半値角が３０°以上の素子である、という構成を採っている。
【００２２】
請求項８記載の発明では、請求項５記載の画像形成装置において、上記発光部、受光部のいずれか一方又は両方がサイドビュータイプの素子である、という構成を採っている。
【００２３】
請求項９記載の発明では、請求項５記載の画像形成装置において、上記発光部、受光部のいずれか一方又は両方がチップタイプの素子である、という構成を採っている。
【００２４】
請求項１０記載の発明では、請求項９記載の画像形成装置において、上記チップタイプの素子と検知対象である上記位置合わせパターンとの間にコリメートレンズを設けた、という構成を採っている。
【００２５】
請求項１１記載の発明では、請求項１乃至１０のうちの何れか１つに記載の画像形成装置において、基準色である黒ライン像の作像順序は、上記転写体上での色重ねの最終色である、という構成を採っている。
【００２６】
請求項１２記載の発明では、請求項１乃至１１のうちの何れか１つに記載の画像形成装置において、上記位置合わせパターンの基準色ライン像に対する基準色以外のライン像の任意のシフト量に対する上記位置合わせパターン検知手段からの出力信号が１つ以上の極値を持ち、任意のシフト量を横軸としたときに、上記位置ずれ量補正手段は、上記極値に対し両側に形成される２直線の交点を算出することにより基準色に対する基準色以外の色の位置ずれ量とその方向を判断するものであって、その交点算出には極値又は極値近傍におけるデータ点を計算に使わない、という構成を採っている。
【００２７】
請求項１３記載の発明では、請求項１２記載の画像形成装置において、２成分現像方式の現像装置を有している、という構成を採っている。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態を図１乃至図９に基づいて説明する。
まず、図１に基づいて本実施形態における画像形成装置としての４連タンデム直接転写方式のカラープリンタの概略構成を説明する。
カラープリンタは、１つの手差しトレイ３６、２つの給紙カセット３４（第１給紙トレイ）、３４（第２給紙トレイ）の３つの給紙トレイを有しており、手差しトレイ３６より給紙されたシート状記録媒体としての図示しない転写紙は給紙コロ３７により最上のものから順に１枚ずつ分離され、レジストローラ対２３へ向けて搬送される。第１給紙トレイ３４又は第２給紙トレイ３４から給紙された転写紙は、給紙コロ３５により最上のものから順に１枚ずつ分離され、搬送ローラ対３９を介してレジストローラ対２３へ向けて搬送される。
給紙された転写紙は、レジストローラ対２３で一旦停止され、スキューを修正された後、後述する最上流に位置する感光体ドラム１４Ｙ上に形成された画像の先端と転写紙の搬送方向の所定位置とが一致するタイミングで、図示しないレジストクラッチのオン制御によるレジストローラ対２３の回転動作により転写ベルト１８へ向けて搬送される。
転写紙は、転写ベルト１８とこれに当接した紙吸着ローラ４１とで構成される紙吸着ニップを通過する際、紙吸着ローラ４１に印加されるバイアスにより転写ベルト１８に静電力で吸着され、プロセス線速１２５ｍｍ／ｓｅｃにて搬送される。
【００４１】
転写ベルト１８に吸着された転写紙には、転写ベルト１８を挟んで各色の感光体ドラム１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｍ、１４Ｙと対向した位置に配置された転写ブラシ２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｙにトナーの帯電極性（マイナス）と逆極性の転写バイアス（プラス）が印加されることにより、各感光体ドラム１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｍ、１４Ｙに作像された各色のトナー像がイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｂｋ）の順で転写される。
各色の転写工程を経た転写紙は、下流側の駆動ローラ１９部位で転写ベルト１８から曲率分離され、定着装置２４へ搬送される。定着装置２４における定着ベルト２５と加圧ローラ２６により構成される定着ニップを通過することにより、トナー像が熱と圧力により転写紙に転写される。定着がなされた転写紙は、片面印刷モードの場合には、装置本体上面に形成されたＦＤ（フェイスダウン）トレイ３０へと排出される。
予め両面印刷モードが選択されている場合には、定着装置２４を出た転写紙は、図示しない反転ユニットへ送られ、該ユニットにて表裏を反転されてから転写ユニット下部に位置する両面搬送ユニット３３に搬送される。転写紙は該両面搬送ユニット３３から再給紙され、搬送ローラ対３９を経てレジストローラ対２３へ搬送される。以降は、片面印刷モード時と同様の動作を経て定着装置２４を通過し、ＦＤトレイ３０へと排出される。
【００４２】
次に、上記カラープリンタの画像形成部における構成及び作像動作を詳細に説明する。
画像形成部は、各色共に同様の構成及び動作を有しているのでイエロー画像を形成する構成及び動作を代表して説明し、その他については各色に対応する符号を付して説明を省略する。
転写紙搬送方向の最上流側に位置する感光体ドラム１４Ｙの周囲には、帯電ローラ４２Ｙ、クリーニング手段４３Ｙを有する作像ユニット１２Ｙと、現像ユニット１３Ｙ、光書き込みユニット１６等が設けられている。
画像形成時、感光体ドラム１４Ｙは図示しないメインモータにより時計回り方向に回転駆動され、帯電ローラ４２Ｙに印加されたＡＣバイアス（ＤＣ成分はゼロ）により除電され、その表面電位が略−５０ｖの基準電位となる。
次に、感光体ドラム１４Ｙは、帯電ローラ４２ＹにＡＣバイアスを重畳したＤＣバイアスを印加することによりほぼＤＣ成分に等しい電位に均一に帯電され、その表面電位がほぼ−５００ｖ〜−７００ｖ（目標帯電電位はプロセス制御部により決定される）に帯電される。
プリント画像として図示しないコントローラ部より送られてきたデジタル画像情報は、各色毎の２値化されたＬＤ発光信号に変換され、シリンダレンズ、ポリゴンモータ、ｆθレンズ、第１〜第３ミラー、及びＷＴＬレンズ等を有する光書き込みユニット１６により感光体ドラム１４Ｙ上に露光光１６Ｙが照射される。
照射された部分のドラム表面電位が略−５０ｖとなり、書き込み密度（＝解像度）６００ｄｐｉで画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【００４３】
感光体ドラム１４Ｙ上のイエロー画像情報に対応した静電潜像は、現像ユニット１３Ｙにより可視像化される。現像ユニット１３Ｙの現像スリーブ４４ＹにＡＣバイアスを重畳したＤＣ（−３００〜−５００ｖ）が印加されることにより、書き込みにより電位が低下した画像部分にのみトナー（Ｑ／Ｍ：−２０〜−３０μＣ／ｇ）が現像され、トナー像が形成される。現像ユニット１３Ｙは、キャリアとトナーとの混合現像剤が入った、いわゆる２成分現像方式の現像器である。
作像された各色の感光体ドラム１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｍ、１４Ｙ上のトナー画像は、転写ベルト１８上に吸着された転写紙上に上記転写バイアスにより転写される。
【００４４】
本実施形態におけるカラープリンタでは、上述した画像形成動作に先立ち、色ずれ調整動作が行われる。色ずれ調整動作では、転写ベルト１８上に後述する位置合わせパターンが形成され、この位置合わせパターンを位置合わせパターン検知手段としての位置合わせパターン検知センサ４０により読み取る（検知する）ことにより行われる。
位置合わせパターン検知センサ４０は、転写ベルト１８の感光体ドラム１４Ｂに対向する下面側に配置されている。
【００４５】
主走査方向の位置ずれを検知するための位置合わせパターンＰｍは、図２に示すように、基準色である黒のライン像Ｂｋと該基準色以外の色、例えばシアンのライン像Ｃとを重ねて形成された複数ラインを１つのパッチとし、２色のライン像の相対的位置関係を任意量（任意のシフト量）ずつずらしたパッチを連続的に形成して構成されている。なお、基準色を黒に限定する趣旨ではない（以下の他の実施形態において同じ）。
ここで、「任意のシフト量」というのは、Ｐ１〜Ｐ２間のシフト量が５０μmであり、Ｐ２〜Ｐ３のシフト量が２０μmというように常に一定でないとしてもよいことを含む。
本実施形態では、位置合わせパターンＰｍは、１つのパッチが基準色以外の１２ｄｏｔ幅（＝０．５０８ｍｍ）のカラーラインの上に、これと同じ幅の黒ラインを重ね合わせた構成となっており、このようなパッチをＢｋラインに対しカラーラインＣを２ｄｏｔずつずらした１３個のパッチにより全体構成をなしている。
ここで、「パッチを連続的に形成して」の意味合いは、走査方向（転写ベルト１８の進行方向）に沿って並べる程度の意味合いであり、並べ方が例えばＰ１、Ｐ１１、Ｐ２、Ｐ１０という具合に順序がばらばらであっても連続的に含まれる意味合いである。また、Ｐ１〜Ｐ２の間隔、Ｐ２〜Ｐ３の間隔がばらばらであっても連続的に含まれるものとする。
【００４６】
本実施形態における位置合わせパターン検知センサ４０は、図３（ｂ）に示すように、発光部としての発光ダイオード（ＬＥＤ）４０Ａと、受光部としてのフォトダイオード（ＰＤ）４０Ｂを有し、これらの素子は支持基板４５により支持されている。受光部はフォトダイオード４０Ｂに代えてフォトトランジスタで構成してもよい。
発光ダイオード４０Ａとフォトダイオード４０Ｂは位置合わせパターンＰｍの走査方向に沿って配置され、フォトダイオード４０Ｂが、位置合わせパターンＰｍからの反射光の拡散反射光のみを受光できるように配置されている。
図３（ａ）に示すように、発光ダイオード４０Ａのスポット形状４０Ａ−１と、フォトダイオード４０Ｂのスポット形状４０Ｂ−１は共に四角形状に形成されている。発光ダイオード４０Ａとフォトダイオード４０Ｂのスポット形状は支持基板４５の上面に形成されたスリットの形状により決定されている。
位置合わせパターンＰｍは、図４に示すように、転写ベルト１８の両側と中央部の３つの位置に形成され、これに対応して位置合わせパターン検知センサ４０も図示しない支持基板に支持されて３個（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）設けられている。これらの位置合わせパターン検知センサ４０ａ、４０ｂ、４０ｃのうち、転写ベルト１８の両側に配置した２つのセンサで、図２に示す主走査方向の位置ずれを検知するための位置合わせパターンＰｍのずれ量を検知することにより、主走査ずれ及び倍率誤差の補正を行う。
また、転写ベルト１８の両側及び中央部に配置した３つのセンサで、図２８に示す副走査方向の位置ずれを検知するための位置合わせパターンＰｓのずれ量を検知することにより、副走査ずれ及びスキューの補正を行う。
【００４７】
次に、位置合わせパターン検知センサ４０の受光部を拡散反射光のみを受光できるように配置した点、少なくとも受光部のスポット形状を四角形状とした点等についての理由、すなわち、本発明を想到、具現化するに至った経緯及び根拠を説明する。
図３７に示したように、従来の光学センサによる位置ずれ検知では、およそ直線とは言い難い出力特性が得られた。
しかしながら、転写ベルト１８上に作成された位置合わせパターンの実際のずれ量を、２００万画素ＣＣＤを搭載したデジタルマイクロスコープにて測定した結果、図１０に示すように、２つのラインが完全に重なり合っているＰ７でのずれ量はほぼゼロであった。これは、実際の位置合わせパターンでは位置ずれはほとんど生じていないのに、従来の光学センサの発光、受光、出力過程で誤差が発生していることを意味する。
図１０に示すように、極値に対しマイナス側のプロット点により求まる近似直線ではＲ^２＝０．９９８８、極値に対しプラス側のプロット点により求まる近似直線ではＲ^２＝０．９９９６というように、限りなく直線（Ｒ^２=1）に近い結果が得られ、また、この２直線より交点を計算した結果、位置ずれ量＝４．１３μｍと実際(＝０)にほぼ近い値となった。
【００４８】
ここで、図３７に示したセンサの出力電圧プロットと、図１０に示した顕微鏡観察によるずれ量のプロットとの違いには、以下の２つの理由が挙げられる。
▲１▼図１０に示した顕微鏡観察結果では、隣接するパッチ間のずれ量の差分値がほぼ一定（＝線形）であるのに対し、図３７に示した出力電圧値では、隣接するパッチ間の出力電圧の差分（＝変化量）が極値から遠ざかるに従い減少している。
▲２▼図１０に示した顕微鏡観察結果では、鏡像関係にあるパッチ（例えばＰ４とＰ１０）のずれ量はほぼ等しいのに対し、図３７に示した出力電圧では、鏡像関係にあるパッチ（例えばＰ４とＰ１０）の出力電圧には差が見られる。
それ故に、この２点の原因に対し対策をとれば、実際のセンサ信号出力のプロットから得られる２直線から求まる交点計算結果より、高精度な位置ずれ量の算出が可能となるものと推測できる。
【００４９】
そこで、まず、▲１▼の結果について考えるために、図１１に従来のセンサ受光面形状とパターンとの関係を示す。
センサの拡散光出力電圧は、受光面内におけるカラーライン部面積の増加に対しある相関関係があると考えられるため、隣接するパッチ間のずれ量の差分値（この場合４ｄｏｔ）に対し、面積増分が一定であれば直線的となるはずである。
しかし、図１１から明らかなように、受光面が円形であることにより、「Ｐ１〜Ｐ２のカラーライン４ｄｏｔのシフトに対する面積の変化量（Ｐ２における領域Ｐ２−１）」と「Ｐ２〜Ｐ３のカラーライン４ｄｏｔのシフトに対する面積の変化量（Ｐ３における領域Ｐ３−１）」とでは、後者の方が大きくなってしまっていることが判る。これは受光面が円形の場合に限らず、楕円形等においても同様である。
従って、シフト量に対する面積増分を一定にするには、受光面の形状を例えば四角形とすればよいことが判る。
【００５０】
▲１▼の様な結果が、受光面が円形状であることにより生じていることを検証するために、「光学センサの拡散光出力は、受光面内のカラーライン像の面積に対して１次線形関係にある」とする仮定を行い、２色の重ね合わせパターン各パッチの光学センサ受光面内に占めるカラーライン像の面積を計算して、この面積値を各パッチの出力値とするようなシミュレーション計算を行った。
また、この面積値を「横軸の基準色（黒）に対するカラーライン像のシフト量」に対してプロットしたときに得られる２直線の交点計算により、位置ずれ量の検出誤差を求める計算も行った。
【００５１】
［計算式］
図１２に示されるように、受光面中心から距離ａの位置にある１区間の長方形の面積Ｓは、Ｓ＝２×[ａ×ｔａｎ（ａｃｏｓ（ａ／１．５））]×（２５．４／６００）のように、受光面中心からの距離ａの関数で表せる。
［計算条件］
（１）センサ受光径：（直径＝３．０ｍｍ）
（２）ライン幅（Ｂｋ、Ｃｏｌｏｒ）：２４ｄｏｔ（＝１．０１６ｍｍ）
※ここでは６００ｄｐｉ、すなわち１ｄｏｔ＝４２．３μｍとした。
【００５２】
図１３にシミュレーションによる計算結果を示す。図１３に示す結果は、図３７に示した出力電圧の結果と、横軸に対する傾向がほぼ等しいことから、受光面形状が特許第３２５４２４４号公報や、特開平１１−２９１４７７号公報等で開示されているような円形状である場合には、２色のラインの重ね合わせにより構成されるパッチの各色ラインをその最小構成数である１ラインの重ね合わせとした条件においては、カラーラインのシフト量に対するセンサの出力特性に直線性が得られない、すなわち非線形となることが確認された。
従って、２色のライン像の重ね合わせにより構成される複数ライン像を１パッチとし、２色のライン像の相対的位置関係を任意量ずつずらしたパッチを連続的に形成してなる位置合わせパターンを検知するための光学センサの受光面形状は、円形状では、任意のシフト量に対する出力特性に非線形性が生じてしまい、高精度な位置ずれ検知ができないために、シフト量に対する面積増分が一定となる形状、例えば四角形、又は矩形に設定されていることが必要であるという結論が得られる。
【００５３】
次に、▲２▼の結果が得られた原因について検討してみる。
▲２▼で述べている極値に対し鏡像関係にあるパッチ同士の出力が異なる原因としては、▲１▼と同様、両者でカラートナー部の面積が異なることが考えられる。
そこで、黒ラインの中心が受光面中心に対し２ｄｏｔずれている場合について、先と同様のシミュレーション計算を行った。その結果を図１４に示す。
図１４に示す通り、基準色であるＢｋラインの中心が受光面中心に対してずれてしまうことにより、鏡像関係にあるパッチの出力電圧が等しくならないことが判った。これより、図３７に示す実験を行った際、狙いとしてはＢｋライン中心をほぼ受光面中心に合わせたつもりであったが、実際には僅かにずれてしまっていたことにより生じてしまったものと思われる。
なお、図３７に示した結果は、ライン数を最小構成数とした場合におけるものであり、このような誤差要因を無くすためには、ライン幅に対し受光幅を十分に広くすればよいと思われる。
【００５４】
これ以外にこのような鏡像関係にあるパッチの出力電圧に差が生じてしまう要因はないかという点について考えてみると、図３６に示した光学センサは、先に述べた通り、発光素子をＬＥＤ、受光素子をフォトトランジスタにて構成しているが、これら素子には素子単体の特性として指向特性がある。
図１５は図３６で示したＬＥＤの指向特性図を、図１６は図３６で示したフォトトランジスタの指向特性図を示している。素子単体では図１５、図１６に示されるような指向特性を持つために、図１７に示すように、パターン走査方向に対し、発光素子と受光素子の指向特性の中心軸をずらしたような配置（従来におけるセンサ配置）をしてしまうと、明らかに受光エリア内において出力分布を持ってしまうために、▲２▼で述べたような鏡像関係にあるパッチの出力電圧が異なってしまう場合がある。
【００５５】
従って、２色のライン像の重ね合わせにより構成される複数ライン像を１パッチとし、２色のライン像の相対的位置関係を任意量ずつずらしたパッチを連続的に形成してなる位置合わせパターンを検知するための光学センサにおいては、受光素子と発光素子の指向特性の中心軸がパターン走査方向と一致している必要がある。すなわち、受光素子と発光素子とをパターンの走査方向に沿って配置することが必要となる。
この実験に基づく知見を踏まえ、本実施形態では、図５に示すように、パターン走査方向に対し、発光ダイオード４０Ａとフォトダイオード４０Ｂの指向特性の中心軸を合わせた配置としている。
【００５６】
また、受光面内の光強度分布、及び受光感度分布をできるだけ均一にするために、広指向角の受光素子を選択している。図６は発光ダイオード４０Ａの指向特性図を、図７はフォトダイオード４０Ｂの指向特性図を示している。図３６で示した従来の光学センサに対し、発光ダイオード４０Ａの半値角を３５°、フォトダイオード４０Ｂの半値角を４５°と広くしており、半値角を従来に比べ３０°以上の広いものに変更している。
図３６に示した従来の光学センサでは、単にセンサ素子に高出力であることを求めており、発光素子、受光素子共にラジアルタイプ、又はトップビュータイプ、又は砲弾型と呼ばれている素子を採用している。
これに対し、本実施形態では、上述のように、受光面内の発光分布、及び受光感度分布をできるだけなくす、すなわち均一にするために、広指向角であり、素子の製法上指向特性のばらつきの小さい、いわゆるサイドビュータイプの素子を選定している。
【００５７】
また、本実施形態では、位置合わせパターンＰｍが形成される転写ベルト１８には、明度Ｌ^＊（ＪＩＳＺ８７２９）＝１．７のポリイミド製のベルトを用いている。これを含む上述のような構成とした理由について以下にさらに詳述する。
（位置合わせパターンの構成について）
図１８は、図３６に示した従来センサのベルト地肌部、Ｂｋベタパッチ部、Ｃ（シアン）パッチ部の正反射光出力電圧を、横軸のＬＥＤ電流に対してプロットしたグラフである。
ここで例えば、転写ベルト地肌部の出力電圧が４．０ｖとなるＬＥＤ電流設定（＝３７ｍＡ）時の各パッチ部の出力電圧を見てみると、表１に示すような結果となる。
【００５８】
【表１】

【００５９】
ここで、図１８の位置合わせパターンを正反射光出力で読むことを考えると、Ｐ１、及びＰ１３の面積比は、黒ライン×５０％＋カラーライン×５０％であり、Ｐ７の面積比は、黒ライン×５０％＋カラーライン×５０％であるために、各パッチ部のセンサ出力はおよそ、以下の通りとなる。
（「Ｂｋライン群」が「カラーライン群」の上に形成されている場合）
Ｐ１、Ｐ１３の出力電圧＝０．１２（Ｂｋベタ）×０．５＋１．９１（Ｃベタ）×０．５＝１．０１５ｖ
Ｐ７の出力電圧＝０．１２（Ｂｋベタ）×０．５＋４．０（ベルト部）×０．５＝２．０６ｖ
（「Ｂｋライン群」が「カラーライン群」の下に形成されている場合）
Ｐ１、Ｐ１３の出力電圧＝０．１２（Ｂｋベタ）×０．５＋１．９１（Ｃベタ）×０．５＝１．０１５ｖ
Ｐ７の出力電圧＝１．９１（Ｃベタ）×０．５＋４．０（ベルト部）×０．５＝２．９５５ｖ
【００６０】
各パッチの出力電圧を、「横軸のカラーラインの任意のシフト量」に対しプロットすると、図１９に示すような結果となる。図１９より、以下のことが判る。
（正反射光により検知を行った場合）
（ａ）出力電圧は２色ラインが完全に重なり合ったパッチ（Ｐ７）にて最大となり、その出力電圧はほとんどベルト地肌部からの出力によって決まる。
（ｂ）「黒ライン群」が「カラーライン群」に対して上である場合の方が、下である場合に比べ最小値（Ｐ１、Ｐ１３）と最大値（Ｐ７）との出力差が小さくなる。
このように、正反射光による検知を行った場合の極大値（Ｐ７）の出力は、ベルト地肌部からの出力（∝光沢度）によって決まるために、
（ｃ）経時的な摩耗、又は部分的なキズ等により、光沢度が低下すると、その部分の出力は低下してしまう。換言すれば、経時的な摩耗によるベルト劣化により検知ができなくなるために、これによりベルト寿命が決まる。
【００６１】
つまり、図２で示したＰ２〜Ｐ１２のように、部分的にベルト面が露出しているパッチ部の正反射光出力電圧は、ベルト光沢度、又は表面粗さＲｚ等で表される表面形状特性のノイズの影響を受けやすいために、例えば、Ｐ６パッチの地肌部にキズがあると、これと鏡像関係にあるＰ８とで出力が異なってしまい、結果として計算によって求まる交点位置がずれるという結果が生じてしまう。
【００６２】
これに対し、拡散反射光による検知を行った場合には、転写ベルト１８の表面の粗さの影響をほとんど受けることなく位置ずれ量の検知ができる。
図２０は、図３６で示した従来センサのベルト地肌部、Ｂｋベタ部、Ｃ（シアン）ベタ部の拡散反射光出力電圧を、横軸のＬＥＤ電流に対しプロットしたものである。
正反射光出力が図２２に示す通り、被検知物体（位置合わせパターンが形成された転写ベルト１８）の光沢度との相関が高いのに対し、拡散光出力は図２３に示す通り、被検知物体の明度Ｌ^＊との相関が高く光沢度との相関は無いために、本実施形態におけるカラープリンタに搭載されたＬ^＊＝１．７の転写ベルト１８は、黒トナーとほぼ同じ出力特性を持つ。図２３から明らかなように、明度Ｌ^＊が約４０まで直線性が得られ、明度Ｌ^＊が２０まではその直線性が極めて高い。
ここで、先と同様に以下２つのケースについて考えてみると、各部出力電圧は表２に示すような結果となる。
【００６３】
【表２】

【００６４】
（「Ｂｋライン群」が「カラーライン群」の上に形成されている場合）
Ｐ１、Ｐ１３の出力電圧＝０．１６（Ｂｋベタ）×０．５＋３．４２（Ｃベタ）×０．５＝１．７９ｖ
Ｐ７の出力電圧＝０．１６（Ｂｋベタ）×０．５＋０．０７（ベルト部）×０．５＝０．１１５ｖ
（「Ｂｋライン群」が「カラーライン群」の下に形成されている場合）
Ｐ１、Ｐ１３の出力電圧＝０．１６（Ｂｋベタ）×０．５＋３．４２（Ｃベタ）×０．５＝１．７９ｖ
Ｐ７の出力電圧＝３．４２（Ｃベタ）×０．５＋０．０７（ベルト部）×０．５＝１．７４５ｖ
【００６５】
各パッチの出力電圧を、「横軸のカラーラインの任意のシフト量」に対しプロットすると、図２１のような結果となる。図２１より、以下のことが判る。
（拡散反射光により検知を行った場合）
（ａ）出力電圧は２色ラインが完全に重なり合ったパッチ（Ｐ７）にて最小となり、その出力電圧は「カラーライン群」の出力電圧によって決まる。
（ｂ）「黒ライン群」が「カラーライン群」に対し上である場合の方が、下である場合に比べ最大値（Ｐ１、Ｐ１３）と最小値（Ｐ７）との出力差を大きく取れる。
このように、拡散反射光による検知を行った場合の最大値（Ｐ７）の出力は、「カラーライン群」からの出力（∝明度）によって決まるために、
（ｃ）経時的な摩耗、又は部分的なキズ等による影響を全く受ける事がない。換言すれば、検知性能がベルト劣化に依存しないために、転写ベルトの長寿命化が達成可能となる。
【００６６】
以上より、基準色である黒のライン像と基準色以外のライン像とを重ねて形成された複数ラインを１つのパッチとし、２色のライン像の相対的位置関係を任意量ずつずらしたパッチを連続的に形成してなる位置合わせパターンを、この位置合わせパターンを検知するための光学センサにて検知することを考えた場合、転写ベルトの摩耗、又は部分的なキズ等の経時的な変動要因の影響を全く受けることのない検知を行うためには、
（１）拡散光出力による検知をすることが望ましく、
（２）基準色である黒ライン像の作像順序が、転写体上での色重ねの最終色であることが望ましく、
（３）位置合わせパターンを形成する転写体の明度（Ｌ^＊）が40以下、好ましくは２０以下であることが望ましい、ということができる。
【００６７】
なお、図２０に示した結果は、４２種類もの光沢度及び明度の異なる転写ベルトについて、ＬＥＤ電流Ｉｆ＝２０ｍＡ固定としたときの正反射光出力値を、横軸の転写ベルト表面の６０°光沢度に対してプロットしたものである。またこの図に示す光沢度測定値は、日本電色社製の光沢度計ＰＧ−１を使い、測定角度６０°の条件で測定した値である。
図２３に示した結果は、図２２に示したものと同じ４２種類のベルトについて、ＬＥＤ電流２０ｍＡ固定としたときの拡散反射光出力を、横軸の転写ベルト表面の明度Ｌ^＊に対してプロットしたものである。なお、この図に示す明度測定値は、Ｘ−Ｒｉｔｅ社製のＸ−Ｒｉｔｅ９３８を使い、光源Ｄ５０、視野角２°の条件で測定した値である。
【００６８】
次に、各パッチ部の出力電圧値から位置ずれ量を算出する方法について述べる。
まず、位置ずれが全くない状態においては、完全に重なりあったパッチ（Ｐ７）にて出力が最小値となるために、この極小値に対しＸ軸方向のプラス側、マイナス側にできる２つの近似直線を例えば最小二乗法により求め、その交点となるＸ軸の値を求めることによりずれ量が計算できる。
すなわち、ｙ＝ａｘ＋ｂ、ｙ＝ｃｘ＋ｄの２つの１次式の連立方程式から、ずれ量ｘ＝（ｄ−ｂ）／（ａ−ｃ）が算出できる。
次に、色ずれが発生した場合を考えると、各パッチの出力値は、その色ずれ量に応じて変化するために、各出力値から得られる２つの線分の交点を求めれば、やはり同様に色ずれ量が計算できることとなる。
【００６９】
ここで、各２つの近似直線を求めるに際して、どのデータ点を用いるかについての検討を行う。まず、実験結果を図２４に示す。
図２４のグラフは、図２で示したようなＢｋラインとカラーライン（Ｃライン）の重ね合わせパターンで、各色のライン幅を１０００μｍとし、Ｂｋラインに対しカラーラインを１００μｍずつずらしたパッチを２１個形成してなる位置合わせパターンを転写ベルト１８上に形成し、２００万画素ＣＣＤ搭載のデジタルマイクロスコープにて各パッチのＣ（シアン）とＢｋとの線幅比を測定し、「横軸のカラーラインの任意のシフト量」に対してプロットしたものであるが、極大値近傍では「横軸のカラーラインの任意のシフト量」に対する線幅比の変化率が減少してしまっていることが判る。
図２５は、各色のライン幅を５００μｍとし、Ｂｋラインに対しカラーラインを１０μｍずつずらしたパッチをセンサで検出したたもので、横軸のシフト量と縦軸のセンサ出力電圧との関係を示すグラフである。本図からも極大値近傍及び極小値近傍で直線性が悪化していることが判る。
【００７０】
このようなことを調べたのは、実際の出力電圧が極大値近傍において出力が飽和してしまう結果を示していたからであるが、これが図２４、図２５に示される通り、実際のパッチでもほぼ同じ様に飽和してしまっていることが確認された。
従って、この極大値及び極小値近傍の出力の飽和現象は、センサ側の問題ではなく、パターン形成をしている画像形成装置側の問題であるといえる。
このような結果となった理由としては、Ｂｋ、Ｃライン共に狙いのライン幅(＝１０００μｍ)に対し太りが生じてしまっていたからであることがデジタルマイクロスコープによる観察で確認できた。このような現象が生じる原因にはトナー濃度の影響等が挙げられるが、特にラインのエッジ効果の生じやすい２成分方式の現像装置を使った場合には顕著となることが確認された。
【００７１】
なお、今回の結果では、図２６に示すように、Ｂｋライン、Ｃラインが共にライン太りしていたために、このような出力の飽和が極大値側のみに現れた。図２６に示すように、共にライン太りが生じている場合、Ｃラインを図２６（ａ）に示すパッチＡの状態から図２６（ｂ）に示すパッチＢの状態にシフトしても、Ｂｋライン間におけるＣラインには変化が生じず出力は同じとなり、検知することができない。
この実験則を踏まえれば、もし仮にＢｋのトナー濃度が非常に高く、その結果Ｂｋラインのみがライン太りが生じ、逆にカラーのトナー濃度が非常に低く、潜像に対し忠実な線幅のラインを形成した場合には、極小値近傍で同様の出力の飽和現象が発生するものと推定できる。
すなわち、図２７に示すように、Ｃラインを図２７（ａ）に示すパッチＡの状態から図２７（ｂ）に示すパッチＢの状態にシフトしても、ＣラインのシフトはＢｋラインの範囲内でなされるために変化は生じず出力は同じとなり、検知することができない。
【００７２】
従って、近似直線を求めるのに用いるデータ点は、画像形成装置の持つ固有の特性による影響を極力排除するために、極大値及び極小値又はそれらの近傍のデータを除外するのが望ましい。具体的には、例えば、複数パッチの出力の最大値と最小値より、（最大値＋最小値）／２±（最大値−最小値）×０．４のデータのみを計算に用いるようにする。
本実施形態における位置合わせパターン検知センサ４０の従来センサに対する明確な効果を示すために、図３５に示した位置合わせパターンＰｋを、図３６で示した従来のセンサで検出した場合との比較データを図８に示す。
位置合わせパターン検知センサ４０を上述した構成とすることにより、２直線の直線性を表す近似直線の決定係数Ｒ^２が限りなく１に近づくために、高精度な位置ずれ量検知が可能となることが判る。
【００７３】
なおここでは、近似式の決定係数を同一条件下で比較するために、２直線の近似式は極値に対しＸ軸方向マイナス側のデータ全点、プラス側のデータ全点を使いＲ^２を求めているが、先に述べた理由（ラインの太り又は細り）により、交点計算に極値データを使わないとすると、極小値の左側の直線はＲ^２＝０．９９６２は０．９９８９となり、右側の直線はＲ^２＝０．９９０１は０．９９６７となる。
このように、図１０で示した２００万画素ＣＣＤ搭載のデジタルマイクロスコープによる観察結果から求めた２直線とほぼ同等の直線性（＝決定係数Ｒ^２がほぼ同等）が得られることが判った。
【００７４】
上記のように位置合わせパターン検知センサ側の改良により直線性が改善され、また、交点計算に用いるデータ点から極値データを除外することにより更に直線性が改善されるので、その結果として直線近似式算出に使うデータ点数（すなわちパターン数）を各直線ともに最小で２点まで（全体のパッチ数は４つまで）減らせることができる。
従って、通常のプリント動作とは関係のない、すなわち、生産性に寄与しない位置ずれ調整動作の処理時間を大幅に短縮することが可能となる。
また、このようなセンサを用いた場合でも、高精度な位置ずれ量検知が可能となることから、従来のエッジ検出方式に対し約１／１００の低サンプリング周波数によるサンプリングで十分な位置ずれ量検知が可能となる。
【００７５】
上述した位置合わせパターン検知センサ４０及び手法に基づく位置ずれ補正は、位置ずれ量補正手段によってなされる。この位置ずれ量補正手段４６を図９に基づいて説明する。
位置合わせパターン検知センサ４０ａ、４０ｂ、４０ｃの発光部である発光ダイオード４０Ａは発光量制御部４７により発光量を制御され、出力側であるフォトダイオード４０Ｂはアンプ４８、フィルタ４９、Ａ／Ｄ変換器５０、ＦＩＦＯメモリ５１を介してＩ／Ｏポート５４に接続されている。
位置合わせパターン検知センサ４０ａ、４０ｂ、４０ｃから得られた検知信号は、アンプ（ＡＭＰ）４８によって増幅され、フィルタ４９を通過してＡ／Ｄ変換器５０によってアナログデータからデジタルデータへと変換される。
データのサンプリングはサンプリング制御部５２によって制御され、サンプリングされたデータはＦＩＦＯメモリ５１に格納される。サンプリング制御部５２、書込制御基板５３はＩ／Ｏポート５４に接続されている。
【００７６】
Ｉ／Ｏポート５４、ＣＰＵ５５、ＲＯＭ５６、ＲＡＭ５７はデータバス５８とアドレスバス５９により接続されている。
ＲＯＭ５６には、位置合わせパターンＰｍの位置ずれ量を演算するためのプログラムを始め、各種のプログラムが格納されている。位置合わせパターンＰｍの位置ずれ量を演算するためのプログラムには、上述した交点計算に用いるデータ点から極値データ等を除外する等の条件が盛り込まれている。
アドレスバス５９によって、ＲＯＭアドレス、ＲＡＭアドレス、各種入出力機器の指定を行っている。
ＣＰＵ５５は、位置合わせパターン検知センサ４０ａ、４０ｂ、４０ｃからからの検知信号を定められたタイミングでモニタし、位置合わせパターン検知センサ４０ａ、４０ｂ、４０ｃの発光ダイオード４０Ａの劣化等が起こっても確実に位置合わせパターンＰｍの検知が行えるように、発光ダイオード４０Ａの発光量を発光量制御部４７によって制御し、フォトダイオード４０Ｂからの受光信号の出力レベルが常に一定となるようにする。
【００７７】
また、ＣＰＵ５５は、位置合わせパターン（後述する副走査方向の位置ずれ検知を目的とした位置合わせパターンを含む）の検知結果から求めた補正量に基づき、主、副レジストの変更及び倍率誤差に基づき画周波数を変更するために書込制御基板５３に対してその設定を行う。
書込制御基板５３には、出力周波数を非常に細かく設定できるデバイス、例えばＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）を利用したクロックジェネレータ等を、基準色を含め各色に対して備えている。この出力を画像クロックとして用いている。また、ＣＰＵ５５は、位置合わせパターンの検知結果から求めた補正量に基づき、光書き込みユニット１６内の図示しないスキュー調整用のステッピングモータの制御も行っている。
位置合わせパターン検知センサ４０ａ、４０ｂ、４０ｃを除く上記各要素により位置ずれ量補正手段４６が構成されている。位置ずれ量補正手段４６は、カラープリンタのメインコントローラが兼ねることができる。
【００７８】
上記位置ずれ量補正手段４６による位置ずれ調整動作は、▲１▼電源投入時、▲２▼光学系の温度変化が所定値（例えば５ｄｅｇ）以上あった場合、▲３▼ある一定枚数以上のプリントジョブがあったジョブ終了時のいずれかの条件に一致したときに実行される。
本実施形態では、位置合わせパターン検知センサ４０のセンサ単体をできるだけ安価に構成したいという観点から、汎用のサイドビュータイプの素子を選定したが、受光面内の発光分布、又は受光感度分布をできるだけ均一にしたい場合、例えば、広面積のチップタイプのフラットレンズ素子を選定し、該チップタイプの素子の位置合わせパターンＰｍ側の全面に平行光化機能を有するコリメートレンズを設けることにより、より広い範囲において高い線形性を得ることができる（第２の実施形態）。
上記第１の実施形態では、主走査方向の色ずれを検知するための位置合わせパターンについて述べたが、副走査方（転写ベルト１８の進行方向と同方向）の色ずれを検知する場合には、図２８に示すような位置合わせパターンＰｓが転写ベルト１８上に、例えば図４で示した場合と同様の態様で形成される。
位置合わせパターンＰｓは位置合わせパターンＰｍと同様に、基準色である黒のライン像Ｂｋと該基準色以外の色、例えばシアンのライン像Ｃとを重ねて形成された複数ラインを１つのパッチとし、２色のライン像の相対的位置関係を任意量ずつずらしたパッチを連続的に形成して構成されている。
【００７９】
本発明は、ビームスプリッタを用いることにより、光をＰ波、Ｓ波の成分に分解するような構成のセンサの受光面形状及びセンサのパターン走査方向の配置に対しても有効である（第３の実施形態）。
その一例を図２９に基づいて説明する。本実施形態における位置合わせパターン検知手段としての位置合わせパターン検知センサ６０は、１つの発光部としての発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）６１と、３つの受光部としてのフォトダイオード（以下、ＰＤという）６２、６３、６４と、２つの偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳという）６５、６６を有している。
【００８０】
ＬＥＤ６１から放射された投光６７の偏光状態はランダムであるが、ＰＢＳ６５によって、入射面に対して垂直方向に振動する光成分（Ｓ波光）と、入射面に対して平行方向に振動する光成分（Ｐ波光）とに分離される。Ｓ波光６８はＰＢＳ６５で反射してＰＤ６２に入射し、Ｐ波光６９はＰＢＳ６５を透過して転写ベルト１８の位置合わせパターンに投光される。
位置合わせパターンから反射したＰ波光６９は乱反射によって偏光状態がランダムになり、ＰＢＳ６６によってＰ波光７０とＳ波光７１に分離される。Ｐ波光７０はＰＢＳ６６を透過してＰＤ６３に入射し、Ｓ波光７１はＰＢＳ６６で反射してＰＤ６４に入射する。
本実施形態では、受光部としてのＰＤ６２、６３、６４は、拡散反射光ではなく拡散反射成分を受光する。
【００８１】
上記各実施形態では、４連タンデム直接転写方式のカラー画像形成装置での適用例を示したが、図３０に示すように、４連タンデム構成で中間転写体へ転写した後転写紙へ一括転写する方式のカラー画像形成装置においても同様に実施できる（第４の実施形態）。
本実施形態では上述した位置合わせパターンＰｍ、Ｐｓが中間転写体としての中間転写ベルト２上に形成され、これを支持ローラ２Ｂの近傍に配置された位置合わせパターン検知センサ４０により検知する。位置ずれ量補正手段は第１の実施形態と同様である。
【００８２】
以下に、本実施形態における画像形成装置としてのタンデム型のカラー複写機の構成及び動作の概要を説明する。カラー複写機１は、装置本体中央部に位置する画像形成部１Ａと、該画像形成部１Ａの下方に位置する給紙部１Ｂと、画像形成部１Ａの上方に位置する画像読取部１Ｃを有している。
画像形成部１Ａには、水平方向に延びる転写面を有する転写体としての中間転写ベルト２が配置されており、該中間転写ベルト２の上面には、色分解色と補色関係にある色の画像を形成するための構成が設けられている。すなわち、補色関係にある色のトナー（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）による像を担持可能な像担持体としての感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂが中間転写ベルト２の転写面に沿って並置されている。
【００８３】
各感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂはそれぞれ同じ反時計回り方向に回転可能なドラムで構成されており、その周りには、回転過程において画像形成処理を実行する帯電手段としての帯電装置４、各感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂ上に画像情報に基づいて電位Ｖ_Ｌの静電潜像を形成するための露光手段としての光書込装置５、各感光体３上の静電潜像を該静電潜像と同極性のトナーで現像する現像手段としての現像装置６、一次転写手段としての転写バイアスローラ７、印加電圧部材１５、クリーニング装置８が配置されている。各符号に付記しているアルファベットは、感光体３と同様、トナーの色別に対応している。各現像装置６にはそれぞれのカラートナーが収容されている。
中間転写ベルト２は、複数のローラ２Ａ〜２Ｃに掛け回されて感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂとの対峙位置において同方向に移動可能な構成を備えている。転写面を支持するローラ２Ａ、２Ｂとは別のローラ２Ｃは、中間転写ベルト２を挟んで２次転写装置９に対向している。図３０の画像形成部１Ａ中、符号１０は中間転写ベルト２を対象としたクリーニング装置を示している。
【００８４】
感光体３Ｙの表面が帯電装置４Ｙにより一様に帯電され、画像読取部１Ｃからの画像情報に基づいて感光体３Ｙ状に静電潜像が形成される。該静電潜像はイエローのトナーを収容した現像装置６Ｙによりトナー像として可視像化され、該トナー像は第１の転写工程として、中間転写ベルト２上に、転写バイアスローラ７Ｙに印加された電圧による電界で引き付けられて転写される。
印加電圧部材１５Ｙは感光体３Ｙの回転方向における転写バイアスローラ７Ｙの上流側に設けられている。印加電圧部材１５Ｙにより、中間転写ベルト２に感光体３Ｙの帯電極性と同極性で且つ絶対値がベタ時Ｖ_Ｌより大きい電圧を印加し、転写領域にトナー像が入る以前に感光体３Ｙから中間転写ベルト２へトナーが転写することを防止して、感光体３Ｙから中間転写ベルト２へのトナーの転写時のチリによる乱れを防止する。
【００８５】
他の感光体３Ｍ、３Ｃ、３Ｂでもトナーの色が異なるだけで同様の画像形成がなされ、それぞれの色のトナー像が中間転写ベルト２上に順に転写されて重ね合わせられる。
転写後感光体３上に残留したトナーはクリーニング装置８により除去され、また、転写後図示しない除電ランプにより感光体３の電位が初期化され、次の作像工程に備えられる。
２次転写装置９は、帯電駆動ローラ９Ａ及び従動ローラ９Ｂに掛け回されて中間転写ベルト２と同方向に移動する転写ベルト９Ｃを有している。転写ベルト９Ｃを帯電駆動ローラ９Ａにより帯電させることで、中間転写ベルト２に重畳された多色画像あるいは担持されている単一色の画像を転写材としての用紙２８に転写することができる。
【００８６】
２次転写位置には給紙部１Ｂから用紙２８が給送されるようになっている。給紙部１Ｂには用紙２８が積載収容される複数の給紙カセット１Ｂ１と、給紙カセット１Ｂ１に収容された用紙２８を最上のものから順に１枚ずつ分離して給紙する給紙コロ１Ｂ２と、搬送ローラ対１Ｂ３と、２次転写位置の上流に位置するレジストローラ対１Ｂ４等が設けられている。
給紙カセット１Ｂ１から給紙された用紙２８は、レジストローラ対１Ｂ４で一旦停止され、斜めずれ等を修正された後、中間転写ベルト２上のトナー像の先端と搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイイングでレジストローラ対１Ｂ４により２次転写位置に送られる。装置本体の右側には起倒可能に手差しトレイ２９が設けられており、該手差しトレイ２９に収容された用紙２８は給紙コロ３１により給送された給紙カセット１Ｂ１からの用紙搬送路と合流する搬送路によりレジストローラ対１Ｂ４に向けて送られる。
【００８７】
光書込装置５では、画像読取部１Ｃからの画像情報あるいは図示しないコンピュータから出力される画像情報により書き込み光が制御されて感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂに対して画像情報に応じた書き込み光を出射して書き込み密度（＝解像度）６００ｄｐｉで静電潜像を形成するようになっている。
画像読取部１Ｃは、自動原稿給送装置１Ｃ１と、原稿載置台としてのコンタクトガラス８０を有するスキャナ１Ｃ２等を有している。自動原稿給送装置１Ｃ１は、コンタクトガラス８０上に繰り出される原稿を反転可能な構成を有し、原稿の表裏各面での走査が行えるようになっている。
光書込装置５により形成された感光体３上の静電潜像２成分（キャリアとトナー）現像装置６によって可視像処理され、中間転写ベルト２に１次転写される。中間転写ベルト２に対して各色毎のトナー像が重畳転写されると、２次転写装置９により用紙２８上に一括して２次転写される。２次転写された用紙２８は定着装置１１へ送られ、ここで熱と圧力により未定着画像を定着される。２次転写後の中間転写ベルト２上の残留トナーは、クリーニング装置１０により除去される。
【００８８】
定着装置１１を通過した用紙２８は、定着装置１１の下流側に設けられた搬送路切り換え爪１２により、排紙トレイ２７に向けた搬送路と反転搬送路ＲＰとに選択的に案内される。排紙トレイ２７に向けて搬送された場合には、排紙ローラ対３２により排紙トレイ２７上に排出され、スタックされる。反転搬送路ＲＰへ案内された場合には反転装置３８により反転され、再度レジストローラ対１Ｂ４に向けて送られる。
【００８９】
以上の構成により、カラー複写機１では、コンタクトガラス８０上に載置された原稿を露光走査することにより、あるいはコンピュータからの画像情報により、一様に帯電された感光体３に対して静電潜像が形成され、該静電潜像が現像装置６によって可視像処理された後、トナー像が中間転写ベルト２に１次転写される。
中間転写ベルト２に転写されたトナー像は、単一画像の場合にはそのまま給紙部１Ｂから繰り出された用紙２８に転写される。多色画像の場合には１次転写が繰り返されることにより重畳された後、用紙２８に一括して２次転写される。
２次転写後の用紙２８は定着装置１１により未定着画像を定着された後、排紙トレイ２７に排出され、あるいは反転されて両面画像形成のために再度レジストローラ対１Ｂ４に向けて送られる。
【００９０】
また、１つ感光体ドラムとリボルバー方式の現像装置を用いて各色のトナー像を形成し、各トナー像を中間転写体に重ね合わせ転写した後、シート状記録媒体としての転写紙上に一括転写する方式のカラー画像形成装置においても同様に実施することができる（第５の実施形態）。その一例を図３１に示す。
本実施形態では、上述した位置合わせパターンＰｍ、Ｐｓが中間転写体としての中間転写ベルト４２６上に形成され、これを駆動ローラ４４４の近傍に配置された位置合わせパターン検知センサ４０により検知する。位置ずれ量補正手段は第１の実施形態と同様である。
【００９１】
以下に、本実施形態における画像形成装置としてのカラー複写機の構成の概要を説明する。
カラー複写機において、露光手段としての書き込み光学ユニット４００は、カラースキャナ２００からのカラー画像データを光信号に変換して原稿画像に対応した光書き込みを行い、像担持体である感光体ドラム４０２上に静電潜像を形成する。
該書き込み光学ユニット４００は、レーザーダイオード４０４、ポリゴンミラー４０６とその回転用モータ４０８、ｆ／θレンズ４１０や反射ミラー４１２等により構成されている。
感光体ドラム４０２は、矢印で示すように反時計回りの向きに回転され、その周囲には、感光体クリーニングユニット４１４、除電ランプ４１６、電位センサ４２０、回転式現像装置４２２のうちの選択された現像器、現像濃度パターン検知器４２４、中間転写体としての中間転写ベルト４２６等が配置されている。
【００９２】
回転式現像装置４２２は、ブラック用現像器４２８、シアン用現像器４３０、マゼンタ用現像器４３２、イエロー用現像器４３４と、各現像器を回転させる図示しない回転駆動部を有している。各現像器は、上記実施形態で示した現像装置４と同様の構成を有している。磁性キャリアの条件や仕様等も同様である。
待機状態では、回転式現像装置４２２は、ブラック現像の位置にセットされており、コピー動作が開始されると、カラースキャナ２００で所定のタイミングからブラック画像のデータの読み取りがスタートし、この画像データに基づいてレーザ光による光書き込み・静電潜像（ブラック潜像）の形成が始まる。
【００９３】
このブラック潜像の先端部から現像するために、ブラック用現像器４２８の現像位置に潜像先端部が到達する前に、現像スリーブを回転開始してブラック潜像をブラックトナーで現像する。感光体ドラム４０２にはマイナス極性のトナーが作像される。
そして、以後、ブラック潜像領域の現像動作を続けるが、潜像後端部がブラック現像位置を通過した時点で、速やかにブラックのための現像位置から次の色の現像位置まで、回転式現像装置４２２が回転する。当該動作は、少なくとも、次の画像データによる潜像先端部が到達する前に完了させる。
像形成サイクルが開始されると、まず、感光体ドラム４０２は矢印で示すように反時計回りの向きに、中間転写ベルト４２６は時計回りの向きに、図示しない駆動モータによって回転させられる。中間転写ベルト４２６の回転に伴って、ブラックトナー像形成、シアントナー像形成、マゼンタトナー像形成、イエロートナー像形成が行われ、最終的にブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に、中間転写ベルト４２６上に重ねられ（１次転写）、トナー像が形成される。
【００９４】
中間転写ベルト４２６は、感光体ドラム４０２に対向する１次転写電極ローラ４５０、駆動ローラ４４４、２次転写ローラ４５４に対向する２次転写対向ローラ４４６、中間転写ベルト４２６の表面を清掃するクリーニング手段４５２に対向するクリーニング対向ローラ４４８Ａの各支持部材間に張架されており、図示しない駆動モータにより駆動制御されるようになっている。
感光体ドラム４０２に順次形成されるブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各トナー像が中間転写ベルト４２６上で正確に順次位置合わせされ、これによって４色重ねのベルト転写画像が形成される。このベルト転写画像は２次転写対向ローラ４４６により用紙に一括転写される。
【００９５】
給紙バンク４５６内の各記録紙カセット４５８、４６０、４６２には装置本体内のカセット４６４に収容された用紙のサイズとは異なる各種サイズの用紙が収容されており、これらのうち、指定されたサイズ紙の収容カセットから、該指定された用紙が給紙コロ４６６によってレジストローラ対４７０方向に給紙・搬送される。図３１において、符号４６８はＯＨＰ用紙や厚紙等のための手差し給紙トレイを示す。
像形成が開始される時期に、用紙は上記いずれかのカセットの給紙口から給送され、レジストローラ対４７０のニップ部で待機する。そして、２次転写対向ローラ４４６に中間転写ベルト４２６上のトナー像の先端がさしかかるときに、丁度用紙先端がこの像先端に一致するようにレジストローラ対４７０が駆動され、用紙と像のレジスト合わせが行われる。
【００９６】
このようにして、用紙が中間転写ベルト４２６と重ねられて、トナーと同極性の電圧が印加される２次転写対向ローラ４４６の下を通過する。このとき、トナー画像が用紙に転写される。続いて、用紙は除電され、中間転写ベルト４２６から剥離して紙搬送ベルト４７２に移る。
中間転写ベルト４２６から４色重ねトナー像を一括転写された用紙は、紙搬送ベルト４７２によりベルト定着方式の定着装置４７０へ搬送され、この定着装置４７０で熱と圧力によりトナー像を定着される。定着を終えた用紙は排出ローラ対４８０で機外へ排出され、図示しないトレイにスタックされる。これにより、フルカラーコピーが得られる。
【００９７】
本発明における上述した位置合わせパターン検知センサは、２色の重ね合わせパッチを複数形成することにより構成される位置合わせパターンを検出することにより、位置ずれ量を検知、補正を行う画像形成装置であれば、どれでも適用できるために、インクジェット装置の位置ずれ検知センサとしても適用可能である（第６の実施形態）。
その一例を図３２乃至図３４に基づいて説明する。
【００９８】
まず、図３２に基づいて画像形成装置としてのインクジェット記録装置５００の概略構成及び印字機能を説明する。インクジェット記録装置５００は、装置本体５０１の内部に、主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへのインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部５０２等を有している。
装置本体５０１の下方部にはシート状記録媒体としての用紙５０３を積載収容可能な給紙カセット５０４が設けられており、該給紙カセット５０４は前方側（図中左側）から装置本体５０１に対して着脱自在に設けられている。
装置本体５０１の前面には手差しトレイ５０５が開閉自在に設けられており、給紙カセット５０４又は手差しトレイ５０５から給紙される用紙５０３を搬送して印字機構部５０２により所定の画像を記録した後、装置本体５０１の後面側に設けられた排紙トレイ５０６に排紙するようになっている。装置本体５０１の上面は上カバー５０７が開閉自在に設けられている。
【００９９】
印字機構部５０２では、図示しない左右の側板間に支持された主ガイドロッド５０８と従ガイドロッド５０９によりキャリッジ５１０が主走査方向（紙面垂直方向）に摺動自在に保持されており、該キャリッジ５１０の下面側には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出するノズルを有するインクジェットヘッドからなる記録ヘッド５１１が設けられている。キャリッジ５１０の上側には記録ヘッド５１１に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ５１２が交換可能に設けられている。
記録ヘッド５１１としては、各色のインク滴を吐出する複数個のヘッドを主走査方向に並べて配置したもの、あるいは各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドを用いたものでもよい。
【０１００】
記録ヘッド５１１の下方には、該記録ヘッド５１１による印写位置に対して用紙５０３を副走査方向に搬送するために、搬送ローラ５１３と従動ローラ５１４の間に用紙５０３を静電吸着して搬送する搬送ベルト５１５が掛け回されている。搬送ベルト５１５は中間ローラ５１６によってテンションを付与されている。搬送ベルト５１５を挟んで搬送ローラ５１３と対向する位置には、搬送ベルト５１５を帯電させるためのバイアスローラ５１７が配設されている。搬送ベルト５１５の平面起点部付近には、用紙５０３を搬送ベルト５１５側に押し付ける押さえローラ５１８が配設されている。ここで、搬送ベルト５１５の平面起点部とは、搬送ベルト５１５の記録ヘッド５１１側で該記録ヘッド５１１と平行になる部分の用紙搬送方向上流側、具体的には搬送ローラ５１３から搬送ベルト５１５１が離れる部分を意味している。
【０１０１】
給紙カセット５０４に収容された用紙５０３は、給紙コロ５１９及びフリクションパッド５２０により最上のものから順に１枚ずつ分離され、湾曲したガイド部材５２１によりバイアスローラ５１７と搬送ベルト５１５のニップ部に向けて搬送される。
搬送ベルト５１５の用紙搬送方向下流側上方には、用紙５０３に形成される位置合わせパターンＰｍを検知する位置合わせパターン検知センサ４０が設けられている。位置ずれ量補正手段は第１の実施形態と同様である。
図３３は搬送ベルト５１５周辺の拡大図であるが、図３２で示した押さえローラ５１８に代えて板状の抑え部材５２２を設けてもよい。
図３４に示すように、位置合わせパターンが形成される転写体としての用紙５０３上に例えば図３５で示した位置合わせパターンＰｋが形成され、これを位置合わせパターン検知センサ４０で検知して色ずれを補正する。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明によれば、基準色に対する基準色以外の色のシフト量に対する２直線の非線形要因を無くすことができ、高価なセンサを用いることなく高精度の位置合わせパターン検知を行うことができる。
【０１０３】
本発明によれば、基準色の黒のライン像に対する基準色以外の色のライン像のシフト量における２直線の非線形要因を無くすことができ、高価なセンサを用いることなく高精度の位置合わせパターン検知を行うことができる。
【０１０４】
本発明によれば、基準色に対する基準色以外の色のシフト量に対する面積増分が確実に一定となるので、高精度の位置合わせパターン検知を行うことができる。
【０１０５】
本発明によれば、２直線の直線性をさらに高めることができ、位置合わせパターン検知の精度を一層高めることができる。
【０１０６】
本発明によれば、素子単品の持つ特性により生じる非線形要因を低減でき、２直線の直線性を更に改善できる。
【０１０７】
本発明によれば、素子単品の持つ特性により生じる非線形要因を低減でき、２直線の直線性を更に改善できる。
【０１０８】
本発明によれば、素子単品の持つ特性により生じる非線形要因を低減でき、２直線の直線性を更に改善できる。
【０１０９】
本発明によれば、素子単品の持つ特性により生じる非線形要因を低減でき、２直線の直線性を更に改善できる。
【０１１０】
本発明によれば、素子単品の持つ特性により生じる非線形要因を低減でき、２直線の直線性を更に改善できる。
【０１１１】
本発明によれば、素子単品の持つ特性により生じる非線形要因を低減でき、２直線の直線性を更に改善できる。
【０１１２】
本発明によれば、（１）従来のエッジ検出方式に比べ、約１／１００の低サンプリング周波数でも高精度な検知が可能となる。
（２）（１）の結果として、サンプリング以降の処理回路部も高速化する必要がなくなるために、エレキハードウエア構成を大幅にコストダウン可能となる。
（３）カラーラインの任意のシフト量に対する２直線の直線性が大幅に改善されるので、位置合わせパターンを構成するパッチ数を大幅に減らすことが可能となる。
（４）（３）の結果として、位置ずれ調整の様に、通常プリントとは関係のない調整に要する処理時間を大幅に短縮できるために、生産性を大幅に向上することができる。
また、検知性能が転写ベルト等の転写体（位置合わせパターン担持体）の摩耗劣化に依存しない拡散光を用いた検知方式であるため、正反射光によるエッジ検出方式と同等の検出精度が得られるとともに、ベルト等の位置合わせパターン担持体の長寿命化、すなわちランニングコストの低減に大きく寄与できる。
【０１１６】
本発明によれば、高いＳＮ比が得られ、検知精度を向上させることができる。
【０１１７】
本発明によれば、高いＳＮ比が得られ、検知精度を向上させることができる。
【０１１８】
本発明によれば、位置合わせパターンの形成状態に拘わらず近似直線の直線性をより高められるので、位置ずれ検知精度を向上させることができる。
【０１１９】
本発明によれば、位置合わせパターンの形成におけるライン太り又は細りが生じやすいので、特に、近似直線の直線性をより高めて位置ずれ検知精度を向上させる効果を発揮させることができる。
【０１２２】
本発明によれば、基準色に対する基準色以外の色のシフト量に対する２直線の非線形要因を無くすことができ、高価なセンサを用いることなく高精度の位置合わせパターン検知を行うことができる。
【０１２３】
本発明によれば、高いＳＮ比が得られ、検知精度を向上させることができる。
【０１２４】
本発明によれば、高いＳＮ比が得られ、検知精度を向上させることができる。
【０１２５】
本発明によれば、位置合わせパターンの形成状態に拘わらず近似直線の直線性をより高められるので、位置ずれ検知精度を向上させることができる。
【０１２６】
本発明によれば、位置ずれ検知精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における画像形成装置としてのカラープリンタの概要正面図である。
【図２】主走査方向の位置ずれ検知用の位置合わせパターンの概要平面図である。
【図３】位置合わせパターンの走査方向に対する位置合わせパターン検知センサの配置関係を示す概要平面図である。
【図４】転写ベルト上における位置合わせパターンの形成位置と位置合わせパターン検知センサとの位置関係を示す概要平面図である。
【図５】位置合わせパターンの走査方向に対して位置合わせパターン検知センサの各素子の指向特性の中心軸を合わせた状態を示す概要平面図である。
【図６】位置合わせパターン検知センサの発光部の指向特性を示す図である。
【図７】位置合わせパターン検知センサの受光部の指向特性を示す図である。
【図８】従来の光学センサに対する直線性の改善効果を示すグラフである。
【図９】位置ずれ量補正手段を示すブロック図である。
【図１０】顕微鏡観察による各パッチのカラーライン幅の実測値を示すグラフである。
【図１１】従来の光学センサにおける受光面形状が円形であることにより生じる面積増分の非線形性を示す図である。
【図１２】円形の受光面内における長方形の面積を求める図である。
【図１３】カラーラインのシフト量に対するカラーライン部の面積のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１４】Ｂｋラインの中心が受光面の中心に対してずれた場合のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１５】従来の光学センサにおける発光素子の指向特性を示す図である。
【図１６】従来の光学センサにおける受光素子の指向特性を示す図である。
【図１７】位置合わせパターンの走査方向に対する従来の光学センサの各素子の指向特性を示す概要平面図である。
【図１８】従来の光学センサにおけるＬＥＤ発光電流と正反射光出力との関係を示すグラフである。
【図１９】従来の光学センサにおいて正反射光により検知を行った場合の位置ずれパターン出力を示すグラフである。
【図２０】従来の光学センサにおけるＬＥＤ発光電流と拡散反射光出力との関係を示すグラフである。
【図２１】従来の光学センサにおいて拡散反射光により検知を行った場合の位置ずれパターン出力を示すグラフである。
【図２２】転写ベルト表面の光沢度とセンサ出力との関係を示すグラフである。
【図２３】転写ベルト表面の明度と拡散光出力との関係を示すグラフである。
【図２４】転写ベルト上の位置合わせパターンのずれ量の実測結果を示すグラフである。
【図２５】転写ベルト上の位置合わせパターンのずれ量のセンサによる実測結果を示すグラフである。
【図２６】ＢｋラインとＣラインが共にライン太りを生じている状態を示す図である。
【図２７】Ｂｋラインのみにライン太りが生じている状態を示す図である。
【図２８】副走査方向の位置ずれ検知用の位置合わせパターンの概要平面図である。
【図２９】第３の実施形態における位置合わせパターン検知センサの構成を示す図である。
【図３０】第４の実施形態における画像形成装置としてのカラー複写機の概要正面図である。
【図３１】第５の実施形態における画像形成装置としてのカラー複写機の概要正面図である。
【図３２】第６の実施形態における画像形成装置としてのインクジェット記録装置の概要正面図である。
【図３３】図３２における搬送ベルト周辺の拡大図である。
【図３４】インクジェット記録装置における位置合わせパターンの形成と位置合わせパターン検知センサの位置関係を示す概要平面図である。
【図３５】２色のラインの重ね合わせにより構成される位置合わせパターンの概要平面図である。
【図３６】位置合わせパターンの走査方向に対する従来の光学センサの各素子の配置を示す概要平面図である。
【図３７】従来の光学センサを用いた場合の位置ずれパターンの出力電圧と交点計算結果を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｐｍ、Ｐｓ 位置合わせパターン
４０、６０ 位置合わせパターン検知手段としての位置合わせパターン検知センサ
４０Ａ 発光部としての発光ダイオード
４０Ｂ 受光部としてのフォトダイオード
４６ 位置ずれ量補正手段
Ｂｋ 黒のライン像[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image forming apparatus for forming a color image such as a copying machine, a printer, a facsimile machine, a plotter, and an ink jet recording apparatus, an alignment pattern detection sensor as an alignment pattern detection means used in the image forming apparatus, and color misregistration. The present invention relates to a detection method and a color misregistration correction method.
[0002]
[Prior art]
Up to now, each color toner image is formed using one photosensitive drum and a revolver type developing device, and each toner image is transferred onto an intermediate transfer member, and then transferred onto a transfer sheet as a sheet-like recording medium. A color image forming apparatus of a transfer type has been mainstream.
On the other hand, due to the recent trend toward higher speed and higher functionality of color image output devices, a plurality of image forming units including a photosensitive member (image carrier) and a developing device corresponding to the photosensitive member are opposed to the transfer belt. A so-called quadruple tandem color image forming apparatus, which is arranged side by side at such positions and sequentially transfers toner images on an image carrier onto transfer paper or a transfer belt, has come to dominate.
[0003]
In such a type of color image forming apparatus, the toner image formed on the image carrier of each color can be transferred simultaneously, so that there is an advantage that the printing speed can be increased. Compared to a drum intermediate transfer type color image forming apparatus, this method is disadvantageous for color misregistration between colors.
A number of correction methods have been proposed for the technical problem of color misregistration. For example, Japanese Patent Publication No. 7-19084 discloses a line image of each color on a transfer belt, the passage of the line image is detected by a detection sensor, and the amount of deviation from the ideal timing of passage of the line image of each color is determined. A technique is disclosed in which the amount of misregistration of each color is grasped by measurement and correction is performed.
[0004]
Since such a method is a method for detecting the edge of the pattern passing through the detection sensor, the detection accuracy is determined by the sampling frequency. That is, if the resolution is 600 dpi and the correction unit is 42.3 μm (= 25.4 / 600 × 1000), detection is at least ± 1/2 (= 21.7 μm) or less of the correction unit. If the linear velocity of the line image on the transfer belt is 125 mm / sec, it can be detected by the following equation: [Sampling frequency] = [Line velocity] / [25.4 / Resolution dpi / 2] The minimum required sampling frequency is calculated to be 6 kHz or more. In this case (= 6 kHz), the detection accuracy (= detection error) is 21.7 μm.
If this numerical value is directly fed back to the misregistration correction, there may be no problem with this level of sampling frequency. However, if this detection result (= x μm) needs to be used for other calculations, for example, When such detection is performed at both the left and right ends of the sheet conveyance direction, and skew correction is performed based on the detection results at both ends, or magnification error correction is performed, higher detection accuracy is required. For example, when 2 μm is required as the detection accuracy, the sampling frequency needs to be very high such as 60 kHz.
[0005]
As described above, since the necessary sampling frequency is proportional to the linear velocity and the resolution, the processing block after the data sampling needs to have a high processing speed that can cope with the high-speed sampling. However, there is a problem that the speed increases almost in proportion to the speeding up of the apparatus.
As a detection means for improving the detection accuracy of the edge of the pattern, a method of detecting with a CCD sensor having high accuracy and high resolution has been proposed, but even when such a detection means is used, Problems such as complicated equipment and increased costs could not be avoided.
[0006]
In order to deal with such a problem, for example, Japanese Patent No. 3254244 discloses a relative position between a toner image pattern formed by superimposing a second color toner image on a first color toner image and a two color pattern. The average density of the toner image pattern formed at the timing when the relationship is shifted by a predetermined amount is detected by an optical sensor, and the positional shift amount and the positional shift direction between the first color and the second color are detected from the signal output. Techniques for determining and correcting are disclosed.
In this technique, the amount of misregistration is not detected by the edge detection of the pattern image (line image), but by detecting the average optical sensor output signal of the entire pattern. Detection is possible at a sampling frequency of about 500 Hz or less (every 2 msec), that is, about 1/100 lower than that described in Japanese Patent Publication No. 7-19084.
[0007]
Therefore, even when the positional deviation detection method described in Japanese Patent No. 3254244 is used, if the detection accuracy equivalent to the technique described in Japanese Patent Publication No. 7-19084 can be obtained, more hardware for positional deviation amount detection can be obtained. Since it can be configured at a low cost, a significant cost reduction is possible.
Examples of methods similar to the positional deviation detection method described in Japanese Patent No. 3254244 include, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 10-329381, 2000-81745, 2001-209223, and 2002-40746. There exist some which are described in gazette, Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-229280, etc.
Here, when it is considered to perform misregistration correction based on the output signal from the optical sensor of the superposed pattern of two color toner images disclosed in Japanese Patent No. 3254244, the maximum correction that must be corrected If the amount is ± 10 dots, if 21 patterns in which the relative positional relationship of the two colors is shifted by 1 dot are formed, the amount of misalignment correction and its direction can be determined by reading the extreme values. However, if so many patterns are created, it is not desirable because not only the wasteful toner consumption increases, but also the time required for the automatic misalignment adjustment becomes longer.
In response to this problem, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-329381 discloses a positional deviation amount with higher accuracy by calculating the intersection of two straight lines with the reflection optical density on the vertical axis with respect to the print position parameter on the horizontal axis. How to detect is shown.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No.7-19084
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3254244
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-1002
[Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-329381
[Patent Document 5]
JP 2000-81745 A
[Patent Document 6]
JP 2001-209223 A
[Patent Document 7]
JP 2002-40746 A
[Patent Document 8]
JP 2002-229280 A
[Patent Document 9]
JP 2001-312115 A
[Patent Document 10]
JP 2002-62707 A
[Patent Document 11]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-100556
[Patent Document 12]
JP 2002-148890 A
[Patent Document 13]
JP 2002-6580 A
[Patent Document 14]
JP 2000-35704 A
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
According to the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-329381, even when the maximum correction amount is ± 10 dots, it is not necessary to form 21 patterns, and appropriately several dots, for example, 2 dots each It is only necessary to form 11 shifted patterns, and if it is a pattern shifted by 5 dots, it is sufficient to form 5 patterns. Therefore, the number of patterns is greatly reduced, and the time required for positional deviation adjustment is greatly increased. While shortening, more accurate displacement correction can be realized.
Since misalignment adjustment is an operation that is not related to normal printing operations, the longer the processing time, the longer it takes to complete the first print.If productivity is considered, such adjustment time should be short. Shorter is better.
However, when the amount of positional deviation is obtained by calculating the intersection of two straight line approximation formulas, the output characteristic of the sensor output signal of each patch linearly increasing or decreasing with respect to a predetermined arbitrary shift amount, that is, two straight lines Determination coefficient R of each approximate expression ² A straight line close to 1 must be obtained.
[0010]
Accordingly, for example, a four-tandem direct transfer system (a system in which transfer paper is electrostatically adsorbed onto the transfer belt 18 and images of each color are sequentially transferred onto the transfer paper and superimposed) as shown in FIG. 35, as shown in FIG. 35, the minimum number of each color line of the patch configured by superimposing the two colors of the reference color black (Bk) and another color (for example, cyan (c)). One patch is formed by superimposing one line, and the relative positional relationship between the two colors is shifted by an arbitrary amount to continuously form 13 pieces (P1 to P13) for detecting displacement in the main scanning direction. The detection pattern (positioning pattern) Pk is read by a conventional optical sensor (positioning pattern detection sensor) as shown in FIG. 36, and each patch is output for an arbitrary shift amount of a line other than the reference color. Experiments were carried out to plot the voltage.
[0011]
In FIG. 35, each patch is arranged along the scanning direction of the optical sensor, that is, the moving direction of the transfer belt, and colors other than the reference color in a direction orthogonal to the main scanning direction in order to detect a color shift in the main scanning direction. Is shifted by an arbitrary amount.
36, the optical sensor includes an LED (light emitting diode) 700, a regular reflection light receiving element 701, and a diffused light (hereinafter also referred to as diffuse reflected light) light receiving element 702. These elements are mounted on a support substrate 703. It is supported. These elements are actually arranged in a substantially vertical plane with respect to the movement plane of the alignment pattern, but in FIG. 36 (a), they are displayed in a plane by being tilted by 90 ° for easy understanding. 36B, reference numeral 700a indicates the spot shape of the LED 700, 701a indicates the spot shape of the regular reflection light receiving element 701, and 702a indicates the spot shape of the diffused light receiving element 702.
[0012]
As a result of the experiment, as shown in FIG. 37, the approximate straight line obtained from the minus plot point with respect to the extreme value is R ² = 0.9275, on the other hand, in the approximate straight line obtained by the plot point on the plus side with respect to the extreme value, R ² = 0.9555 was obtained, and an output characteristic that was hardly called a straight line was obtained.
Further, as a result of calculating the intersection point from these two approximate lines, a result of positional deviation amount = 34.74 μm (= 0.82 dots) was obtained. Experimental conditions such as detection patterns and detection sensors are as follows.
[0013]

[0014]
Therefore, the present invention provides an alignment pattern detection sensor as an alignment pattern detection unit capable of detecting color misregistration with high accuracy with a simple and low-cost configuration, an image forming apparatus using the same, a color misregistration detection method, and color misregistration. The main purpose is to provide a correction method.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the invention according to claim 1, An image forming apparatus comprising a plurality of image carriers, forming a line image for alignment on each image carrier, and transferring each line image onto a transfer body, Standard color Black of line Other than the image and the reference color line Overlaid with the image A plurality of lines are formed as one patch, and a plurality of patches in which the relative positional relationship between the two color line images is shifted by an arbitrary amount are continuously formed. Alignment pattern An alignment pattern detection means for detecting the alignment pattern, and a black line image of the reference color and the reference color based on a plurality of output signals corresponding to the plurality of patches from the alignment pattern detection means Image forming apparatus having misregistration amount correction means for calculating the misregistration amount and the direction and calculating the misregistration amount with respect to the line image of other colors In The alignment pattern detection means is an alignment pattern detection sensor that irradiates light from a light emitting unit and detects reflected light from the alignment pattern by a light receiving unit, Light receiving part Is It is configured to detect diffuse reflection light or diffuse reflection component of the reflected light, the light emitting portion and the light receiving portion are arranged along the scanning direction of the alignment pattern, and at least the spot shape of the light receiving portion is the position The above reference color at different positions of the alignment pattern Black line statue of For colors other than the above standard colors Line statue The shape is set so that the area increment relative to the shift amount is constant. It is a pattern detection sensor , Is adopted.
[0016]
In invention of Claim 2, An image forming apparatus for obtaining a color image by an inkjet method, A patch in which a plurality of lines formed by superimposing a black line image as a reference color and a line image of a color other than the reference color as one patch are used, and the relative positional relationship between the two color line images is shifted by an arbitrary amount. Continuously Multiple Multiple alignment patterns formed An alignment pattern detection means for detecting the alignment pattern, and a black line image of the reference color and the reference color based on a plurality of output signals corresponding to the plurality of patches from the alignment pattern detection sensor Image forming apparatus having misregistration amount correction means for calculating the misregistration amount and the direction and calculating the misregistration amount with respect to the line image of other colors In The alignment pattern detection means is an alignment pattern detection sensor that irradiates light from a light emitting unit and detects reflected light from the alignment pattern by a light receiving unit, Light receiving part Is The diffused light or diffuse reflection component of the reflected light is detected, the light emitting unit and the light receiving unit are arranged along the scanning direction of the alignment pattern, and at least the spot shape of the light receiving unit is The shape is set such that the area increment with respect to the shift amount of the line image of the color other than the reference color with respect to the black line image of the reference color at a different position of the alignment pattern is constant. It is a pattern detection sensor , Is adopted.
[0017]
In the invention according to claim 3, according to claim 1 or 2, Image forming apparatus In this case, the spot shape of the light receiving portion is a quadrangle.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, Image forming apparatus In the configuration, the central axis of the directivity of the light emitting unit and the light receiving unit coincides with the scanning direction of the alignment pattern.
[0019]
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, Image forming apparatus The light emitting unit is configured by a light emitting diode, and the light receiving unit is configured by a photodiode or a phototransistor.
[0020]
In the invention according to claim 6, according to claim 5, Image forming apparatus The light receiving unit is configured to be a light receiving element having a wide directivity angle.
[0021]
In the invention according to claim 7, the invention according to claim 5 is provided. Image forming apparatus The configuration is such that the half-value angle of one or both of the light emitting part and the light receiving part is 30 ° or more.
[0022]
In the invention described in claim 8, the invention described in claim 5 is provided. Image forming apparatus 1, one or both of the light emitting unit and the light receiving unit is a side view type element.
[0023]
In the invention according to claim 9, according to claim 5, Image forming apparatus 1 employs a configuration in which one or both of the light emitting unit and the light receiving unit are chip-type elements.
[0024]
In the invention of claim 10, the invention of claim 9 is provided. Image forming apparatus In this case, a configuration is adopted in which a collimating lens is provided between the chip type element and the alignment pattern to be detected.
[0025]
In the invention according to claim 11, A device according to any one of claims 1 to 10. In the image forming apparatus, The image formation order of the black line image, which is the reference color, is the final color of the color overlay on the transfer body. , Is adopted.
[0026]
In invention of Claim 12, 12. A device according to any one of claims 1 to 11. In the image forming apparatus, The output signal from the alignment pattern detection means for an arbitrary shift amount of the line image other than the reference color with respect to the reference color line image of the alignment pattern has one or more extreme values, and the arbitrary shift amount is represented on the horizontal axis. The misregistration amount correcting means determines the misregistration amount and direction of a color other than the reference color with respect to the reference color by calculating the intersection of two straight lines formed on both sides of the extreme value. And the data points at or near the extreme values are not used for the calculation of the intersection , Is adopted.
[0027]
In invention of Claim 13, Claim 12 In the image forming apparatus, Has a two-component development system development device , Is adopted.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, a schematic configuration of a four-tandem direct transfer color printer as an image forming apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
The color printer has three paper feed trays, one manual feed tray 36, two paper feed cassettes 34 (first paper feed tray), and 34 (second paper feed tray). Transfer sheets (not shown) as the sheet-like recording medium are separated one by one in order from the uppermost one by the paper feeding roller 37 and conveyed toward the registration roller pair 23. The transfer sheets fed from the first sheet feed tray 34 or the second sheet feed tray 34 are separated one by one from the uppermost one by the sheet feed roller 35 and are transferred to the registration roller pair 23 via the transport roller pair 39. It is conveyed toward.
The fed transfer paper is temporarily stopped by the pair of registration rollers 23, the skew is corrected, and then the leading edge of the image formed on the photosensitive drum 14Y positioned at the uppermost stream described later and the transfer paper in the transport direction. At a timing coincident with the predetermined position, the sheet is conveyed toward the transfer belt 18 by the rotation operation of the registration roller pair 23 by ON control of a registration clutch (not shown).
When the transfer paper passes through a paper suction nip composed of the transfer belt 18 and a paper suction roller 41 in contact with the transfer belt 18, the transfer paper is attracted to the transfer belt 18 by an electrostatic force by a bias applied to the paper suction roller 41. It is conveyed at a process linear velocity of 125 mm / sec.
[0041]
The transfer paper adsorbed by the transfer belt 18 has toner transferred to the transfer brushes 21B, 21C, 21M, and 21Y disposed at positions facing the photosensitive drums 14B, 14C, 14M, and 14Y of the respective colors with the transfer belt 18 interposed therebetween. By applying a transfer bias (plus) opposite to the charging polarity (minus), the toner images of the respective colors formed on the photoconductor drums 14B, 14C, 14M, and 14Y are converted into yellow (Y) and magenta (M ), Cyan (C), and black (Bk).
The transfer paper that has undergone the transfer process of each color is separated from the transfer belt 18 by the downstream drive roller 19 and is conveyed to the fixing device 24. By passing through a fixing nip constituted by the fixing belt 25 and the pressure roller 26 in the fixing device 24, the toner image is transferred onto the transfer paper by heat and pressure. In the single-sided printing mode, the fixed transfer paper is discharged to an FD (face-down) tray 30 formed on the upper surface of the apparatus main body.
When the double-sided printing mode is selected in advance, the transfer paper that has exited the fixing device 24 is sent to a reversing unit (not shown), and the front and back sides are reversed by the unit, and then the double-sided transport unit positioned below the transfer unit. It is conveyed to 33. The transfer paper is fed again from the double-sided conveyance unit 33 and conveyed to the registration roller pair 23 through the conveyance roller pair 39. Thereafter, it passes through the fixing device 24 through the same operation as in the single-sided printing mode, and is discharged to the FD tray 30.
[0042]
Next, the configuration and image forming operation in the image forming unit of the color printer will be described in detail.
Since the image forming unit has the same configuration and operation for each color, the configuration and operation for forming a yellow image will be described as a representative, and the other components are denoted by reference numerals corresponding to the respective colors and description thereof is omitted.
An image forming unit 12Y having a charging roller 42Y and a cleaning unit 43Y, a developing unit 13Y, an optical writing unit 16, and the like are provided around the photosensitive drum 14Y positioned on the most upstream side in the transfer paper conveyance direction.
At the time of image formation, the photosensitive drum 14Y is driven to rotate clockwise by a main motor (not shown), is neutralized by an AC bias (DC component is zero) applied to the charging roller 42Y, and the surface potential is a reference of approximately −50v. It becomes a potential.
Next, the photosensitive drum 14Y is uniformly charged to a potential substantially equal to the DC component by applying a DC bias with an AC bias superimposed on the charging roller 42Y, and the surface potential thereof is approximately −500 v to −700 v (target charging). The potential is determined by the process control unit).
Digital image information sent from a controller unit (not shown) as a print image is converted into a binarized LD light emission signal for each color, and a cylinder lens, a polygon motor, an fθ lens, first to third mirrors, and a WTL. Exposure light 16Y is irradiated onto the photosensitive drum 14Y by an optical writing unit 16 having a lens or the like.
The drum surface potential of the irradiated portion becomes approximately −50 v, and an electrostatic latent image corresponding to image information is formed at a writing density (= resolution) of 600 dpi.
[0043]
The electrostatic latent image corresponding to the yellow image information on the photosensitive drum 14Y is visualized by the developing unit 13Y. By applying DC (-300 to -500 v) with an AC bias superimposed on the developing sleeve 44Y of the developing unit 13Y, toner (Q / M: -20 to -30 μC / g) is developed to form a toner image. The development unit 13Y is a so-called two-component development type developer containing a mixed developer of carrier and toner.
The formed toner images on the photosensitive drums 14B, 14C, 14M, and 14Y of the respective colors are transferred onto the transfer paper adsorbed on the transfer belt 18 by the transfer bias.
[0044]
In the color printer according to the present embodiment, a color misregistration adjustment operation is performed prior to the above-described image forming operation. In the color misregistration adjustment operation, an alignment pattern described later is formed on the transfer belt 18, and this alignment pattern is read (detected) by an alignment pattern detection sensor 40 as an alignment pattern detection unit.
The alignment pattern detection sensor 40 is disposed on the lower surface side of the transfer belt 18 facing the photosensitive drum 14B.
[0045]
As shown in FIG. 2, the alignment pattern Pm for detecting the misregistration in the main scanning direction overlaps a black line image Bk as a reference color and a color other than the reference color, for example, a cyan line image C. A plurality of lines formed in this manner are used as one patch, and patches in which the relative positional relationship between the two color line images is shifted by an arbitrary amount (an arbitrary shift amount) are continuously formed. It is not intended to limit the reference color to black (the same applies to other embodiments below).
Here, the “arbitrary shift amount” includes that the shift amount between P1 and P2 is 50 μm, and the shift amount of P2 to P3 may not always be constant, such as 20 μm.
In the present embodiment, the alignment pattern Pm has a configuration in which one patch has a black line of the same width superimposed on a 12-dot width (= 0.008 mm) color line other than the reference color. The overall configuration of such patches is made up of 13 patches in which the color line C is shifted by 2 dots from the Bk line.
Here, the meaning of “continuously forming patches” means that the patches are arranged along the scanning direction (advancing direction of the transfer belt 18), and the arrangement is, for example, P1, P11, P2, and P10. Even if the order is different, it means that it is included continuously. Moreover, even if the interval between P1 and P2 and the interval between P2 and P3 are different, they are included continuously.
[0046]
As shown in FIG. 3B, the alignment pattern detection sensor 40 in the present embodiment includes a light emitting diode (LED) 40A as a light emitting unit and a photodiode (PD) 40B as a light receiving unit. The element is supported by a support substrate 45. The light receiving unit may be formed of a phototransistor instead of the photodiode 40B.
The light emitting diode 40A and the photodiode 40B are arranged along the scanning direction of the alignment pattern Pm, and the photodiode 40B is arranged so as to receive only the diffuse reflected light of the reflected light from the alignment pattern Pm.
As shown in FIG. 3A, the spot shape 40A-1 of the light emitting diode 40A and the spot shape 40B-1 of the photodiode 40B are both formed in a square shape. The spot shapes of the light emitting diode 40 </ b> A and the photodiode 40 </ b> B are determined by the shape of the slit formed on the upper surface of the support substrate 45.
As shown in FIG. 4, the alignment pattern Pm is formed at three positions on both sides and the center of the transfer belt 18, and the alignment pattern detection sensor 40 is also supported by a support substrate (not shown) corresponding to this position. (40a, 40b, 40c) are provided. Of these alignment pattern detection sensors 40a, 40b, and 40c, the displacement amount of the alignment pattern Pm for detecting the displacement in the main scanning direction shown in FIG. By detecting this, main scanning deviation and magnification error are corrected.
Further, by detecting the shift amount of the alignment pattern Ps for detecting the positional shift in the sub-scanning direction shown in FIG. Correct the skew.
[0047]
Next, the reason for the point where the light receiving part of the alignment pattern detection sensor 40 is arranged so as to receive only diffuse reflected light, at least the point where the spot shape of the light receiving part is a square shape, that is, the present invention is conceived. Explain the background and basis for the realization.
As shown in FIG. 37, in the positional deviation detection by the conventional optical sensor, output characteristics that are hardly called a straight line were obtained.
However, as a result of measuring the actual shift amount of the alignment pattern created on the transfer belt 18 with a digital microscope equipped with a 2 million pixel CCD, the two lines completely overlap as shown in FIG. The deviation amount at P7 is almost zero. This means that an error has occurred in the light emission, light reception, and output processes of the conventional optical sensor, although there is almost no displacement in the actual alignment pattern.
As shown in FIG. 10, in the approximate straight line obtained from the minus plot point with respect to the extreme value, R ² = 0.9988, R is the approximate straight line obtained by the plot point on the plus side with respect to the extreme value ² = 0.9996, as infinitely straight (R ² = 1), and the intersection point was calculated from these two straight lines. As a result, the amount of positional deviation was 4.13 μm, which was almost close to the actual value (= 0).
[0048]
Here, there are the following two reasons for the difference between the output voltage plot of the sensor shown in FIG. 37 and the deviation plot by the microscope observation shown in FIG.
(1) In the microscopic observation result shown in FIG. 10, the difference value of the deviation amount between adjacent patches is substantially constant (= linear), whereas the output voltage value shown in FIG. The output voltage difference (= change amount) decreases as the distance from the extreme value increases.
(2) In the microscopic observation result shown in FIG. 10, the amount of deviation between the mirror images (for example, P4 and P10) is almost equal, whereas the output voltage shown in FIG. There is a difference in the output voltages of P4 and P10).
Therefore, if measures are taken against the causes of these two points, it can be estimated that the amount of positional deviation can be calculated with high accuracy from the intersection calculation result obtained from the two straight lines obtained from the plot of the actual sensor signal output. .
[0049]
First, in order to consider the result of (1), FIG. 11 shows the relationship between the conventional sensor light receiving surface shape and pattern.
Since the diffused light output voltage of the sensor is considered to have a certain correlation with the increase in the color line area in the light receiving surface, the area increment with respect to the difference value (4 dots in this case) of the deviation amount between adjacent patches. If is constant, it should be linear.
However, as is clear from FIG. 11, the circular light-receiving surface allows the “area change amount (region P2-1 in P2) with respect to the shift of the color line 4dot of P1 to P2” and “colors of P2 to P3”. It can be understood that the latter is larger in the “area change amount with respect to the shift of the line 4 dots (region P3-1 in P3)”. This is not limited to the case where the light receiving surface is circular, but the same applies to an elliptical shape.
Therefore, it can be understood that the shape of the light receiving surface may be, for example, a quadrangle in order to make the area increment relative to the shift amount constant.
[0050]
In order to verify that the result of (1) is caused by the circular shape of the light receiving surface, “the diffused light output of the optical sensor is 1 with respect to the area of the color line image in the light receiving surface. Assuming that there is a “linear relationship”, the area of the color line image in the optical sensor light receiving surface of each patch of the two-color superposition pattern is calculated, and this area value is used as the output value of each patch. Simulation calculations were performed.
In addition, a calculation for obtaining a detection error of the misregistration amount is also performed by calculating the intersection of two straight lines obtained when this area value is plotted against “shift amount of the color line image with respect to the reference color (black) on the horizontal axis”. It was.
[0051]
[a formula]
As shown in FIG. 12, the rectangular area S of one section located at a distance a from the center of the light receiving surface is S = 2 × [a × tan (acos (a / 1.5))] × (25. 4/600) as a function of the distance a from the center of the light receiving surface.
[Calculation condition]
(1) Sensor light receiving diameter: (diameter = 3.0 mm)
(2) Line width (Bk, Color): 24 dots (= 1.016 mm)
* Here, 600 dpi, that is, 1 dot = 42.3 μm.
[0052]
FIG. 13 shows the calculation result by simulation. The result shown in FIG. 13 is almost the same as the result of the output voltage shown in FIG. 37, and the shape of the light receiving surface is disclosed in Japanese Patent No. 3254244, Japanese Patent Laid-Open No. 11-291477, and the like. If the color line of the patch formed by superimposing two color lines is superposed by one superposition of the minimum number of lines, the shift amount of the color line It was confirmed that linearity was not obtained in the output characteristics of the sensor, that is, non-linearity.
Accordingly, an alignment pattern formed by continuously forming patches in which a plurality of line images formed by superimposing two color line images is one patch, and the relative positional relationship between the two color line images is shifted by an arbitrary amount. If the light receiving surface of the optical sensor for detecting the circular shape is circular, the output characteristics with respect to an arbitrary shift amount will be nonlinear, and high-accuracy misalignment detection will not be possible, so the area increment with respect to the shift amount is constant. The conclusion is that it must be set to a shape such as a square or a rectangle.
[0053]
Next, let us examine the cause of the result (2).
As a cause of the difference in output between patches having a mirror image relationship with respect to the extreme value described in (2), it can be considered that the areas of the color toner portions are different from each other as in (1).
Therefore, the same simulation calculation as described above was performed when the center of the black line was shifted by 2 dots with respect to the center of the light receiving surface. The result is shown in FIG.
As shown in FIG. 14, it was found that the output voltages of the mirror images of the patches are not equal because the center of the Bk line as the reference color is shifted from the center of the light receiving surface. From this, when the experiment shown in FIG. 37 was performed, the intention was that the center of the Bk line was almost aligned with the center of the light receiving surface, but this was actually caused by a slight shift. I think that the.
The results shown in FIG. 37 are for the case where the number of lines is the minimum configuration number, and in order to eliminate such an error factor, it is considered that the light receiving width should be sufficiently wider than the line width. It is.
[0054]
Considering that there are other factors that cause a difference in the output voltage of the patch having such a mirror image relationship, the optical sensor shown in FIG. The LED and the light receiving element are composed of phototransistors, and these elements have directivity characteristics as characteristics of the element alone.
15 shows a directivity characteristic diagram of the LED shown in FIG. 36, and FIG. 16 shows a directivity characteristic diagram of the phototransistor shown in FIG. Since the single element has directivity characteristics as shown in FIGS. 15 and 16, as shown in FIG. 17, the central axis of the directivity characteristics of the light emitting element and the light receiving element is shifted with respect to the pattern scanning direction. (Conventional sensor arrangement) will obviously have an output distribution within the light receiving area, so the output voltage of the patch having the mirror image relationship described in (2) may differ. .
[0055]
Accordingly, an alignment pattern formed by continuously forming patches in which a plurality of line images formed by superimposing two color line images is one patch, and the relative positional relationship between the two color line images is shifted by an arbitrary amount. In the optical sensor for detecting the light, the central axis of the directivity of the light receiving element and the light emitting element needs to coincide with the pattern scanning direction. That is, it is necessary to arrange the light receiving element and the light emitting element along the pattern scanning direction.
Based on the knowledge based on this experiment, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the central axes of the directivity characteristics of the light emitting diode 40A and the photodiode 40B are aligned with respect to the pattern scanning direction.
[0056]
Further, in order to make the light intensity distribution and the light receiving sensitivity distribution in the light receiving surface as uniform as possible, a light receiving element having a wide directivity angle is selected. 6 shows a directional characteristic diagram of the light emitting diode 40A, and FIG. 7 shows a directional characteristic diagram of the photodiode 40B. Compared to the conventional optical sensor shown in FIG. 36, the half-value angle of the light emitting diode 40A is widened to 35 °, and the half-value angle of the photodiode 40B is widened to 45 °. It has changed.
The conventional optical sensor shown in FIG. 36 simply requires high output to the sensor element, and both the light emitting element and the light receiving element adopt elements called radial type, top view type, or bullet type. is doing.
On the other hand, in the present embodiment, as described above, in order to eliminate the light emission distribution and the light reception sensitivity distribution in the light receiving surface as much as possible, that is, to make the distribution uniform, the wide directivity angle and the variation in directivity characteristics in the manufacturing method of the element A so-called side view type element having a small size is selected.
[0057]
In this embodiment, the transfer belt 18 on which the alignment pattern Pm is formed has a lightness L. ^* (JISZ8729) = 1.7 polyimide belt is used. The reason for the above-described configuration including this will be described in further detail below.
(Registration pattern configuration)
FIG. 18 is a graph in which the specular reflection light output voltages of the belt background portion, Bk solid patch portion, and C (cyan) patch portion of the conventional sensor shown in FIG. 36 are plotted against the LED current on the horizontal axis.
Here, for example, looking at the output voltage of each patch portion when the LED current setting (= 37 mA) at which the output voltage of the transfer belt background portion is 4.0 V, the results shown in Table 1 are obtained.
[0058]
[Table 1]

[0059]
Here, considering that the alignment pattern of FIG. 18 is read with specular reflection light output, the area ratio of P1 and P13 is black line × 50% + color line × 50%, and the area ratio of P7 is Since it is black line × 50% + color line × 50%, the sensor output of each patch portion is approximately as follows.
(When "Bk line group" is formed on "Color line group")
Output voltage of P1 and P13 = 0.12 (Bk solid) × 0.5 + 1.91 (C solid) × 0.5 = 1.015v
P7 output voltage = 0.12 (Bk solid) × 0.5 + 4.0 (belt portion) × 0.5 = 2.06v
(When “Bk line group” is formed under “Color line group”)
Output voltage of P1 and P13 = 0.12 (Bk solid) × 0.5 + 1.91 (C solid) × 0.5 = 1.015v
Output voltage of P7 = 1.91 (C solid) × 0.5 + 4.0 (belt portion) × 0.5 = 2.955v
[0060]
When the output voltage of each patch is plotted against “arbitrary shift amount of the color line on the horizontal axis”, the result shown in FIG. 19 is obtained. The following can be understood from FIG.
(When detecting with specular reflection light)
(A) The output voltage becomes maximum at the patch (P7) in which the two color lines are completely overlapped, and the output voltage is almost determined by the output from the belt background portion.
(B) When the “black line group” is above the “color line group”, the output difference between the minimum values (P1, P13) and the maximum value (P7) is smaller than when the “black line group” is below. Become.
As described above, since the output of the maximum value (P7) in the case of performing detection with specular reflection light is determined by the output from the belt background portion (glare gloss),
(C) When the glossiness decreases due to wear over time or partial scratches, the output of the portion decreases. In other words, since the belt cannot be detected due to deterioration of the belt due to wear over time, this determines the belt life.
[0061]
That is, as in P2 to P12 shown in FIG. 2, the specular reflection light output voltage of the patch part where the belt surface is partially exposed is a surface shape represented by belt glossiness, surface roughness Rz, or the like. As a result of being easily affected by characteristic noise, for example, if there is a scratch on the background of the P6 patch, the output is different from this in the mirror image P8, and as a result, the intersection position obtained by calculation is shifted. Will occur.
[0062]
On the other hand, when detection is performed using diffuse reflected light, the amount of misalignment can be detected almost without being affected by the roughness of the surface of the transfer belt 18.
FIG. 20 is a graph in which the diffuse reflected light output voltages of the belt background portion, Bk solid portion, and C (cyan) solid portion of the conventional sensor shown in FIG. 36 are plotted against the LED current on the horizontal axis.
As shown in FIG. 22, the specular reflection light output has a high correlation with the glossiness of the detected object (transfer belt 18 on which the alignment pattern is formed), whereas the diffused light output is detected as shown in FIG. Object brightness L ^* Since there is no correlation with glossiness and there is no correlation with glossiness, the L mounted in the color printer in this embodiment is ^* = 1.7, the transfer belt 18 has almost the same output characteristics as black toner. As apparent from FIG. 23, the lightness L ^* Is linear up to about 40, and lightness L ^* Up to 20, the linearity is extremely high.
Here, when considering the following two cases in the same manner as described above, the output voltage of each part is as shown in Table 2.
[0063]
[Table 2]

[0064]
(When "Bk line group" is formed on "Color line group")
Output voltage of P1 and P13 = 0.16 (Bk solid) × 0.5 + 3.42 (C solid) × 0.5 = 1.79v
Output voltage of P7 = 0.16 (Bk solid) × 0.5 + 0.07 (belt portion) × 0.5 = 0.115v
(When “Bk line group” is formed under “Color line group”)
Output voltage of P1 and P13 = 0.16 (Bk solid) × 0.5 + 3.42 (C solid) × 0.5 = 1.79v
Output voltage of P7 = 3.42 (C solid) × 0.5 + 0.07 (belt portion) × 0.5 = 1.745v
[0065]
When the output voltage of each patch is plotted against “arbitrary shift amount of the color line on the horizontal axis”, the result shown in FIG. 21 is obtained. The following can be understood from FIG.
(When detecting by diffuse reflection)
(A) The output voltage becomes minimum at a patch (P7) in which two color lines are completely overlapped, and the output voltage is determined by the output voltage of the “color line group”.
(B) When the “black line group” is above the “color line group”, the output difference between the maximum values (P1, P13) and the minimum value (P7) can be made larger than when the “black line group” is below. .
Thus, since the output of the maximum value (P7) in the case of performing detection by diffuse reflection light is determined by the output (brightness) from the “color line group”,
(C) It is not affected at all by wear over time or partial scratches. In other words, since the detection performance does not depend on the belt deterioration, the life of the transfer belt can be extended.
[0066]
As described above, a patch in which a plurality of lines formed by superimposing a black line image that is a reference color and a line image other than the reference color are used as one patch, and the relative positional relationship between the two color line images is shifted by an arbitrary amount. When detecting the alignment pattern formed continuously by the optical sensor for detecting this alignment pattern, the transfer belt wears or changes with time such as partial scratches. In order to perform detection without any influence of factors,
(1) It is desirable to detect by diffused light output,
(2) It is desirable that the image forming order of the black line image as the reference color is the final color of color superimposition on the transfer body,
(3) Lightness of transfer body (L ^* ) Is 40 or less, preferably 20 or less.
[0067]
The results shown in FIG. 20 indicate that the output light value of the specular reflection light when the LED current If is fixed at 20 mA for the transfer belts having 42 kinds of glossiness and lightness is 60 ° gloss on the surface of the transfer belt on the horizontal axis. It is plotted against degrees. Moreover, the glossiness measured value shown in this figure is a value measured under the condition of a measurement angle of 60 ° using a gloss meter PG-1 manufactured by Nippon Denshoku.
The results shown in FIG. 23 indicate that the diffused reflected light output when the LED current is fixed at 20 mA for the same 42 types of belts as shown in FIG. ^* Is plotted against. In addition, the brightness measurement value shown to this figure is the value measured on condition of the light source D50 and the viewing angle of 2 degrees using X-Rite938 made from X-Rite.
[0068]
Next, a method for calculating the positional deviation amount from the output voltage value of each patch unit will be described.
First, in the state where there is no positional deviation, since the output becomes the minimum value in the patch (P7) that is completely overlapped, two approximations that can be made on the plus side and minus side in the X-axis direction with respect to this minimum value. The amount of deviation can be calculated by obtaining a straight line by, for example, the least square method and obtaining the value of the X axis that is the intersection.
That is, the shift amount x = (db) / (ac) can be calculated from two simultaneous equations of y = ax + b and y = cx + d.
Next, considering the case where color misregistration occurs, the output value of each patch changes according to the color misregistration amount. Therefore, if the intersection of two line segments obtained from each output value is obtained, the same applies. Therefore, the amount of color shift can be calculated.
[0069]
Here, examination is made as to which data point is used when obtaining each of the two approximate lines. First, the experimental results are shown in FIG.
The graph of FIG. 24 is a superposition pattern of the Bk line and the color line (C line) as shown in FIG. 2, and each patch has a line width of 1000 μm and the color line is shifted by 100 μm from the Bk line. An individual alignment pattern is formed on the transfer belt 18, and the line width ratio between C (cyan) and Bk of each patch is measured with a digital microscope equipped with a 2 million pixel CCD. It is plotted against "arbitrary shift amount of color line", but the rate of change of the line width ratio to "arbitrary shift amount of color line on the horizontal axis" has decreased near the maximum value. I understand.
FIG. 25 shows the relationship between the amount of shift on the horizontal axis and the sensor output voltage on the vertical axis when the sensor detects a patch in which the line width of each color is 500 μm and the color line is shifted by 10 μm from the Bk line. It is a graph. From this figure, it can be seen that the linearity deteriorates in the vicinity of the maximum value and in the vicinity of the minimum value.
[0070]
This was investigated because the output was saturated when the actual output voltage was in the vicinity of the maximum value, but as shown in FIGS. 24 and 25, the actual patch is almost the same. It was confirmed that it was saturated like this.
Therefore, it can be said that the saturation phenomenon of the output in the vicinity of the maximum value and the minimum value is not a problem on the sensor side but a problem on the image forming apparatus side where the pattern is formed.
It was confirmed by observation with a digital microscope that the reason for this result was that both the Bk and C lines had become thicker than the target line width (= 1000 μm). The cause of such a phenomenon includes the influence of toner density and the like, but it has been confirmed that the phenomenon becomes remarkable particularly when a two-component developing device in which a line edge effect easily occurs.
[0071]
In this result, as shown in FIG. 26, since both the Bk line and the C line were thickened, such output saturation appeared only on the maximum value side. As shown in FIG. 26, when line weighting occurs, even if the C line is shifted from the state of the patch A shown in FIG. 26A to the state of the patch B shown in FIG. There is no change in the C line in the meantime, and the output is the same and cannot be detected.
Based on this experimental rule, if the Bk toner density is very high, only the Bk line is thickened, and the color toner density is very low. It can be estimated that the same output saturation phenomenon occurs near the minimum value.
That is, as shown in FIG. 27, even if the C line is shifted from the state of the patch A shown in FIG. 27A to the state of the patch B shown in FIG. 27B, the shift of the C line is within the range of the Bk line. The output is the same and cannot be detected.
[0072]
Therefore, it is desirable to exclude the maximum value and the minimum value or data in the vicinity of the data point used for obtaining the approximate straight line in order to eliminate the influence of the inherent characteristic of the image forming apparatus as much as possible. Specifically, for example, only the data of (maximum value + minimum value) / 2 ± (maximum value-minimum value) × 0.4 is used for the calculation from the maximum value and the minimum value of the outputs of the plurality of patches. .
In order to show a clear effect of the alignment pattern detection sensor 40 in this embodiment on the conventional sensor, comparison data with the case where the alignment pattern Pk shown in FIG. 35 is detected by the conventional sensor shown in FIG. As shown in FIG.
By making the alignment pattern detection sensor 40 as described above, the determination coefficient R of the approximate straight line representing the linearity of the two straight lines. ² Since it approaches 1 as much as possible, it can be seen that highly accurate displacement detection is possible.
[0073]
Here, in order to compare the determination coefficient of the approximate expression under the same conditions, the approximate expression of the two straight lines uses all the data points on the minus side in the X-axis direction and all the data points on the plus side with respect to the extreme values. ² However, if the extreme value data is not used for the intersection calculation due to the reason mentioned above (thickness or thinning of the line), the straight line on the left side of the minimum value is R ² = 0.9962 becomes 0.9989, and the straight line on the right is R ² = 0.9901 is 0.9967.
As described above, linearity (= determining coefficient R) substantially equal to the two straight lines obtained from the observation result of the digital microscope equipped with the 2 million pixel CCD shown in FIG. ² Is almost equivalent).
[0074]
As described above, the linearity is improved by improving the alignment pattern detection sensor side, and the linearity is further improved by excluding extreme value data from the data points used for the intersection calculation. The number of data points (that is, the number of patterns) used for calculating the formula can be reduced to a minimum of two points for each straight line (the total number of patches is up to four).
Therefore, it is possible to greatly reduce the processing time of the misregistration adjustment operation that is not related to the normal printing operation, that is, does not contribute to productivity.
In addition, even when such a sensor is used, it is possible to detect the amount of misalignment with high accuracy. Therefore, sufficient amount of misregistration can be detected by sampling at a low sampling frequency of about 1/100 of the conventional edge detection method. Is possible.
[0075]
The positional deviation correction based on the alignment pattern detection sensor 40 and the method described above is performed by the positional deviation amount correction means. The positional deviation amount correcting means 46 will be described with reference to FIG.
The light emitting diode 40A, which is the light emitting part of the alignment pattern detection sensors 40a, 40b, 40c, is controlled in light emission quantity by the light emission quantity control part 47, and the photodiode 40B on the output side is an amplifier 48, a filter 49, an A / D converter. 50, connected to the I / O port 54 via the FIFO memory 51.
Detection signals obtained from the alignment pattern detection sensors 40a, 40b, and 40c are amplified by an amplifier (AMP) 48, pass through a filter 49, and converted from analog data to digital data by an A / D converter 50. .
Sampling of data is controlled by the sampling control unit 52, and the sampled data is stored in the FIFO memory 51. The sampling control unit 52 and the write control board 53 are connected to the I / O port 54.
[0076]
The I / O port 54, the CPU 55, the ROM 56, and the RAM 57 are connected by a data bus 58 and an address bus 59.
The ROM 56 stores various programs including a program for calculating the positional deviation amount of the alignment pattern Pm. The program for calculating the positional deviation amount of the alignment pattern Pm includes conditions such as excluding extreme value data from the data points used for the intersection calculation described above.
The address bus 59 designates a ROM address, a RAM address, and various input / output devices.
The CPU 55 monitors the detection signals from the alignment pattern detection sensors 40a, 40b, and 40c at a predetermined timing, and reliably ensures that the light emitting diode 40A of the alignment pattern detection sensors 40a, 40b, and 40c is deteriorated. The light emission amount of the light emitting diode 40A is controlled by the light emission amount control unit 47 so that the alignment pattern Pm can be detected so that the output level of the light reception signal from the photodiode 40B is always constant.
[0077]
Further, the CPU 55 is based on the correction amount obtained from the detection result of the alignment pattern (including the alignment pattern for the purpose of detecting the displacement in the sub-scanning direction to be described later), based on the change of the main and sub-registration and the magnification error. In order to change the image frequency, the setting is made to the writing control board 53.
The write control board 53 is provided with a device capable of setting the output frequency very finely, for example, a clock generator using a VCO (Voltage Controlled Oscillator) for each color including the reference color. This output is used as an image clock. The CPU 55 also controls a stepping motor (not shown) for skew adjustment in the optical writing unit 16 based on the correction amount obtained from the detection result of the alignment pattern.
The above-described elements other than the alignment pattern detection sensors 40a, 40b, and 40c constitute a positional deviation amount correction means 46. The misregistration amount correction means 46 can also serve as the main controller of the color printer.
[0078]
The positional deviation adjustment operation by the positional deviation amount correcting means 46 is as follows. (1) When the power is turned on, (2) If the temperature change of the optical system is a predetermined value (for example, 5 degrees) or more, (3) Print a certain number of sheets or more. Executed when a job matches one of the conditions at the end of the job.
In the present embodiment, a general-purpose side view type element is selected from the viewpoint of configuring the alignment pattern detection sensor 40 as a single unit as inexpensively as possible. However, the light emission distribution or the light sensitivity distribution in the light receiving surface is as uniform as possible. For example, a wide area chip type flat lens element is selected, and a collimating lens having a collimating function is provided on the entire surface of the chip type element on the alignment pattern Pm side. High linearity can be obtained (second embodiment).
In the first embodiment, the alignment pattern for detecting color misregistration in the main scanning direction has been described. However, when color misregistration in the sub-scanning direction (the same direction as the moving direction of the transfer belt 18) is detected. 28, the alignment pattern Ps as shown in FIG. 28 is formed on the transfer belt 18 in the same manner as the case shown in FIG.
Similar to the alignment pattern Pm, the alignment pattern Ps includes a plurality of lines formed by superimposing a black line image Bk as a reference color and a color other than the reference color, for example, a cyan line image C, as one patch. The patch is formed by continuously forming patches in which the relative positional relationship between the two color line images is shifted by an arbitrary amount.
[0079]
The present invention is also effective for the shape of the light receiving surface of the sensor and the arrangement of the sensor in the pattern scanning direction so as to decompose light into P wave and S wave components by using a beam splitter (third). Embodiment).
One example will be described with reference to FIG. The alignment pattern detection sensor 60 as the alignment pattern detection means in this embodiment includes a light emitting diode (hereinafter referred to as LED) 61 as one light emitting unit and a photodiode (hereinafter referred to as PD) as three light receiving units. 62, 63, 64 and two polarization beam splitters (hereinafter referred to as PBS) 65, 66.
[0080]
The polarization state of the projection 67 emitted from the LED 61 is random, but the PBS 65 causes a light component (S wave light) to vibrate in a direction perpendicular to the incident surface and a light component to vibrate in a direction parallel to the incident surface. (P wave light). The S wave light 68 is reflected by the PBS 65 and enters the PD 62, and the P wave light 69 is transmitted through the PBS 65 and projected onto the alignment pattern of the transfer belt 18.
The P wave light 69 reflected from the alignment pattern has a random polarization state due to irregular reflection, and is separated into P wave light 70 and S wave light 71 by the PBS 66. The P wave light 70 passes through the PBS 66 and enters the PD 63, and the S wave light 71 is reflected by the PBS 66 and enters the PD 64.
In the present embodiment, the PDs 62, 63, and 64 serving as light receiving units receive diffuse reflection components instead of diffuse reflection light.
[0081]
In each of the above embodiments, an example of application in a four-tandem direct transfer type color image forming apparatus has been shown. However, as shown in FIG. 30, after transferring to an intermediate transfer body in a four-tandem tandem configuration, batch transfer to a transfer sheet The same can be applied to the color image forming apparatus of the method (fourth embodiment).
In the present embodiment, the alignment patterns Pm and Ps described above are formed on the intermediate transfer belt 2 as an intermediate transfer member, and this is detected by the alignment pattern detection sensor 40 disposed in the vicinity of the support roller 2B. The positional deviation correction means is the same as in the first embodiment.
[0082]
The outline of the configuration and operation of a tandem type color copying machine as an image forming apparatus according to this embodiment will be described below. The color copying machine 1 has an image forming unit 1A located at the center of the apparatus main body, a paper feeding unit 1B located below the image forming unit 1A, and an image reading unit 1C located above the image forming unit 1A. is doing.
An intermediate transfer belt 2 as a transfer body having a transfer surface extending in the horizontal direction is disposed in the image forming unit 1A, and an image of a color complementary to the color separation color is disposed on the upper surface of the intermediate transfer belt 2. The structure for forming is provided. That is, the photoreceptors 3Y, 3M, 3C, and 3B as image carriers capable of carrying an image of toners of complementary colors (yellow, magenta, cyan, and black) are juxtaposed along the transfer surface of the intermediate transfer belt 2. Has been.
[0083]
Each of the photoconductors 3Y, 3M, 3C, and 3B is composed of a drum that can rotate in the same counterclockwise direction, and around the charging device 4 is a charging unit that performs image forming processing in the rotation process. The potential V on each photoreceptor 3Y, 3M, 3C, 3B based on image information. _L Optical writing device 5 as an exposure means for forming an electrostatic latent image, and a developing device as a developing means for developing the electrostatic latent image on each photoreceptor 3 with toner having the same polarity as the electrostatic latent image 6, a transfer bias roller 7 as a primary transfer means, an applied voltage member 15, and a cleaning device 8 are disposed. The alphabets attached to the respective symbols correspond to the colors of the toner as in the photosensitive member 3. Each developing device 6 accommodates each color toner.
The intermediate transfer belt 2 is configured to be wound around a plurality of rollers 2A to 2C and move in the same direction at a position facing the photoreceptors 3Y, 3M, 3C, and 3B. A roller 2C, which is different from the rollers 2A and 2B that support the transfer surface, faces the secondary transfer device 9 with the intermediate transfer belt 2 interposed therebetween. In FIG. 30, reference numeral 10 denotes a cleaning device for the intermediate transfer belt 2.
[0084]
The surface of the photoreceptor 3Y is uniformly charged by the charging device 4Y, and an electrostatic latent image is formed in the form of the photoreceptor 3Y based on image information from the image reading unit 1C. The electrostatic latent image is visualized as a toner image by a developing device 6Y containing yellow toner, and the toner image is applied to the transfer bias roller 7Y on the intermediate transfer belt 2 as a first transfer step. It is attracted by the electric field generated by the voltage and transferred.
The applied voltage member 15Y is provided on the upstream side of the transfer bias roller 7Y in the rotation direction of the photoreceptor 3Y. Due to the applied voltage member 15Y, the intermediate transfer belt 2 has the same polarity as the charging polarity of the photoreceptor 3Y and the absolute value is solid V _L A larger voltage is applied to prevent the toner from being transferred from the photoreceptor 3Y to the intermediate transfer belt 2 before the toner image enters the transfer area, and during the transfer of toner from the photoreceptor 3Y to the intermediate transfer belt 2. Prevent disturbance due to dust.
[0085]
The other photoconductors 3M, 3C, and 3B also form similar images only with different toner colors, and the toner images of the respective colors are sequentially transferred onto the intermediate transfer belt 2 and superimposed.
The toner remaining on the photosensitive member 3 after the transfer is removed by the cleaning device 8, and the potential of the photosensitive member 3 is initialized by a neutralizing lamp (not shown) after the transfer to prepare for the next image forming process.
The secondary transfer device 9 includes a transfer belt 9 </ b> C that is wound around the charging drive roller 9 </ b> A and the driven roller 9 </ b> B and moves in the same direction as the intermediate transfer belt 2. By charging the transfer belt 9C with the charging drive roller 9A, it is possible to transfer a multicolor image superimposed on the intermediate transfer belt 2 or a single color image carried on a sheet 28 as a transfer material.
[0086]
The paper 28 is fed from the paper feed unit 1B to the secondary transfer position. The paper feed unit 1B has a plurality of paper feed cassettes 1B1 in which papers 28 are stacked and housed, and a paper feed roller 1B2 that separates and feeds the papers 28 contained in the paper feed cassette 1B1 one by one in order from the top. A pair of conveying rollers 1B3, a pair of registration rollers 1B4 positioned upstream of the secondary transfer position, and the like.
The paper 28 fed from the paper feed cassette 1B1 is temporarily stopped by the registration roller pair 1B4, and after correcting the oblique displacement and the like, the front end of the toner image on the intermediate transfer belt 2 and a predetermined position at the front end in the transport direction are set. Are sent to the secondary transfer position by the registration roller pair 1B4. A manual feed tray 29 is provided on the right side of the apparatus main body so that it can be turned up and down, and the paper 28 accommodated in the manual feed tray 29 joins the paper feed path from the paper feed cassette 1B1 fed by the paper feed roller 31. The paper is sent toward the registration roller pair 1B4 by the conveying path.
[0087]
In the optical writing device 5, writing light is controlled by image information from the image reading unit 1C or image information output from a computer (not shown), and writing is performed on the photoconductors 3Y, 3M, 3C, and 3B according to the image information. Light is emitted to form an electrostatic latent image at a writing density (= resolution) of 600 dpi.
The image reading unit 1C includes an automatic document feeder 1C1, a scanner 1C2 having a contact glass 80 as a document table, and the like. The automatic document feeder 1C1 has a configuration capable of reversing the document fed on the contact glass 80, and can perform scanning on each surface of the document.
The visible image processing is performed by the electrostatic latent image two-component (carrier and toner) developing device 6 formed on the photoconductor 3 formed by the optical writing device 5 and is primarily transferred to the intermediate transfer belt 2. When the toner images for each color are superimposed and transferred onto the intermediate transfer belt 2, they are secondarily transferred onto the paper 28 by the secondary transfer device 9. The second-transferred paper 28 is sent to the fixing device 11 where the unfixed image is fixed by heat and pressure. Residual toner on the intermediate transfer belt 2 after the secondary transfer is removed by the cleaning device 10.
[0088]
The paper 28 that has passed through the fixing device 11 is selectively guided to the conveyance path toward the paper discharge tray 27 and the reverse conveyance path RP by the conveyance path switching claw 12 provided on the downstream side of the fixing apparatus 11. When transported toward the paper discharge tray 27, the paper is discharged onto the paper discharge tray 27 by the paper discharge roller pair 32 and stacked. When guided to the reverse conveyance path RP, it is reversed by the reversing device 38 and sent again toward the registration roller pair 1B4.
[0089]
With the above configuration, in the color copying machine 1, an electrostatic charge is applied to the uniformly charged photoconductor 3 by exposing and scanning a document placed on the contact glass 80 or by image information from a computer. A latent image is formed, and the electrostatic latent image is subjected to visible image processing by the developing device 6, and then the toner image is primarily transferred to the intermediate transfer belt 2.
In the case of a single image, the toner image transferred to the intermediate transfer belt 2 is transferred as it is to the paper 28 fed out from the paper supply unit 1B. In the case of a multi-color image, the images are superimposed by repeating primary transfer, and then secondary transferred onto the paper 28 at once.
After the secondary transfer, the paper 28 is fixed with an unfixed image by the fixing device 11 and then discharged to the paper discharge tray 27 or reversed and sent again toward the registration roller pair 1B4 for double-sided image formation.
[0090]
Further, each color toner image is formed using one photosensitive drum and a revolver type developing device, and each toner image is transferred onto an intermediate transfer member, and then transferred onto a transfer sheet as a sheet-like recording medium. The same can be applied to the color image forming apparatus of the type (fifth embodiment). An example is shown in FIG.
In the present embodiment, the above-described alignment patterns Pm and Ps are formed on an intermediate transfer belt 426 as an intermediate transfer body, and this is detected by an alignment pattern detection sensor 40 disposed in the vicinity of the driving roller 444. The positional deviation correction means is the same as in the first embodiment.
[0091]
The outline of the configuration of a color copying machine as an image forming apparatus in the present embodiment will be described below.
In a color copying machine, a writing optical unit 400 serving as an exposure unit converts color image data from the color scanner 200 into an optical signal and performs optical writing corresponding to a document image, on a photosensitive drum 402 serving as an image carrier. An electrostatic latent image is formed on the surface.
The writing optical unit 400 includes a laser diode 404, a polygon mirror 406, a rotation motor 408 thereof, an f / θ lens 410, a reflection mirror 412, and the like.
The photosensitive drum 402 is rotated in the counterclockwise direction as indicated by an arrow, and the photosensitive drum cleaning unit 414, the charge eliminating lamp 416, the potential sensor 420, and the rotary developing device 422 are selected around the photosensitive drum 402. A developing device, a development density pattern detector 424, an intermediate transfer belt 426 as an intermediate transfer member, and the like are arranged.
[0092]
The rotary developing device 422 includes a black developing unit 428, a cyan developing unit 430, a magenta developing unit 432, a yellow developing unit 434, and a rotation driving unit (not shown) that rotates each developing unit. Each developing device has the same configuration as the developing device 4 shown in the above embodiment. The conditions and specifications of the magnetic carrier are the same.
In the standby state, the rotary developing device 422 is set at the black development position. When the copying operation is started, the color scanner 200 starts reading the black image data at a predetermined timing. Based on the above, optical writing with a laser beam and formation of an electrostatic latent image (black latent image) are started.
[0093]
In order to develop from the leading edge of the black latent image, before the leading edge of the latent image reaches the developing position of the black developing device 428, the developing sleeve is started to rotate and the black latent image is developed with black toner. A negative polarity toner is formed on the photosensitive drum 402.
Thereafter, the development operation of the black latent image area is continued, but when the trailing edge of the latent image passes the black development position, the rotary development is quickly performed from the development position for black to the development position for the next color. The device 422 rotates. This operation is completed at least before the leading edge of the latent image by the next image data arrives.
When the image forming cycle is started, first, the photosensitive drum 402 is rotated counterclockwise as indicated by an arrow, and the intermediate transfer belt 426 is rotated clockwise by a drive motor (not shown). As the intermediate transfer belt 426 rotates, black toner image formation, cyan toner image formation, magenta toner image formation, and yellow toner image formation are performed. Finally, black (Bk), cyan (C), and magenta (M) are formed. , Yellow (Y) in this order (primary transfer) on the intermediate transfer belt 426 to form a toner image.
[0094]
The intermediate transfer belt 426 includes a primary transfer electrode roller 450 that faces the photosensitive drum 402, a drive roller 444, a secondary transfer counter roller 446 that faces the secondary transfer roller 454, and a cleaning unit that cleans the surface of the intermediate transfer belt 426. It is stretched between the supporting members of the cleaning facing roller 448A facing the surface 452, and is driven and controlled by a driving motor (not shown).
The black, cyan, magenta, and yellow toner images sequentially formed on the photosensitive drum 402 are accurately and sequentially aligned on the intermediate transfer belt 426, thereby forming a four-color superimposed belt transfer image. This belt transfer image is collectively transferred onto a sheet by a secondary transfer counter roller 446.
[0095]
Each of the recording paper cassettes 458, 460, and 462 in the paper supply bank 456 contains various sizes of paper different from the size of the paper stored in the cassette 464 in the apparatus body. The designated paper is fed and conveyed in the direction of the registration roller pair 470 by the paper feed roller 466 from the size paper storage cassette. In FIG. 31, reference numeral 468 denotes a manual paper feed tray for OHP paper, thick paper, and the like.
At the time when image formation is started, the paper is fed from the paper feed port of one of the above cassettes and waits at the nip portion of the registration roller pair 470. Then, when the leading edge of the toner image on the intermediate transfer belt 426 approaches the secondary transfer counter roller 446, the registration roller pair 470 is driven so that the leading edge of the sheet exactly coincides with the leading edge of the image. Is done.
[0096]
In this manner, the sheet is overlapped with the intermediate transfer belt 426 and passes under the secondary transfer counter roller 446 to which a voltage having the same polarity as the toner is applied. At this time, the toner image is transferred to the paper. Subsequently, the sheet is neutralized, peeled off from the intermediate transfer belt 426, and moved to the sheet conveying belt 472.
The sheet onto which the four-color superimposed toner images have been collectively transferred from the intermediate transfer belt 426 is conveyed to the belt fixing type fixing device 470 by the paper conveying belt 472, and the toner image is fixed by the fixing device 470 by heat and pressure. The sheet that has been fixed is discharged out of the apparatus by the discharge roller pair 480 and stacked on a tray (not shown). Thereby, a full color copy is obtained.
[0097]
The above-described alignment pattern detection sensor according to the present invention is an image forming apparatus that detects and corrects a misregistration amount by detecting an alignment pattern configured by forming a plurality of two-color superposed patches. Since any of them can be applied, it can also be applied as a positional deviation detection sensor of an ink jet apparatus (sixth embodiment).
One example will be described with reference to FIGS.
[0098]
First, a schematic configuration and printing function of an ink jet recording apparatus 500 as an image forming apparatus will be described with reference to FIG. An ink jet recording apparatus 500 includes a printing mechanism that includes a carriage movable in the main scanning direction, a recording head including an ink jet head mounted on the carriage, an ink cartridge that supplies ink to the recording head, and the like inside the apparatus main body 501. Part 502 and the like.
A paper feed cassette 504 capable of stacking and accommodating sheets 503 as sheet-like recording media is provided at a lower portion of the apparatus main body 501, and the paper feed cassette 504 is located from the front side (left side in the drawing) to the apparatus main body 501. And detachable.
A manual feed tray 505 is openably and closably provided on the front surface of the apparatus main body 501. After a sheet 503 fed from the paper feed cassette 504 or the manual feed tray 505 is conveyed and a predetermined image is recorded by the print mechanism unit 502. The paper is discharged onto a paper discharge tray 506 provided on the rear side of the apparatus main body 501. An upper cover 507 is provided on the upper surface of the apparatus main body 501 so as to be freely opened and closed.
[0099]
In the printing mechanism 502, a carriage 510 is slidably held in a main scanning direction (perpendicular to the paper surface) by a main guide rod 508 and a sub guide rod 509 supported between left and right side plates (not shown). A recording head 511 including an ink jet head having nozzles for ejecting ink droplets of each color of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk) is provided on the lower surface side. Each ink cartridge 512 for supplying ink of each color to the recording head 511 is replaceably provided on the upper side of the carriage 510.
The recording head 511 may be a recording head in which a plurality of heads that discharge ink droplets of each color are arranged in the main scanning direction, or a head that has a nozzle that discharges ink droplets of each color.
[0100]
Below the recording head 511, the sheet 503 is electrostatically adsorbed and conveyed between the conveying roller 513 and the driven roller 514 in order to convey the sheet 503 in the sub-scanning direction with respect to the printing position by the recording head 511. A conveyor belt 515 is wound around. The conveyor belt 515 is tensioned by an intermediate roller 516. A bias roller 517 for charging the conveyor belt 515 is disposed at a position facing the conveyor roller 513 across the conveyor belt 515. A pressing roller 518 that presses the sheet 503 against the conveying belt 515 is disposed near the plane starting point of the conveying belt 515. Here, the plane starting point portion of the conveyance belt 515 is the upstream side in the sheet conveyance direction of the portion of the conveyance belt 515 on the recording head 511 side parallel to the recording head 511, specifically, the conveyance belt 5151 from the conveyance roller 513. It means the part that leaves.
[0101]
The paper sheets 503 stored in the paper feed cassette 504 are separated one by one from the uppermost one by a paper feed roller 519 and a friction pad 520, and directed toward the nip portion between the bias roller 517 and the conveyance belt 515 by a curved guide member 521. Are transported.
An alignment pattern detection sensor 40 that detects an alignment pattern Pm formed on the sheet 503 is provided on the upstream side of the conveyance belt 515 in the sheet conveyance direction. The positional deviation correction means is the same as in the first embodiment.
FIG. 33 is an enlarged view of the periphery of the conveyor belt 515, but a plate-like pressing member 522 may be provided instead of the pressing roller 518 shown in FIG.
As shown in FIG. 34, for example, the alignment pattern Pk shown in FIG. 35 is formed on a sheet 503 as a transfer body on which the alignment pattern is formed, and this is detected by the alignment pattern detection sensor 40 to cause color misregistration. Correct.
[0102]
【The invention's effect】
The present invention According to , Group It is possible to eliminate the two linear non-linear factors with respect to the shift amount of the color other than the reference color with respect to the quasi color, and it is possible to detect the alignment pattern with high accuracy without using an expensive sensor.
[0103]
The present invention According to , Group It is possible to eliminate the nonlinear factors of the two straight lines in the shift amount of the line image of the color other than the reference color with respect to the black line image of the quasi-color, and it is possible to detect the alignment pattern with high accuracy without using an expensive sensor. .
[0104]
The present invention According to , Group Since the area increment with respect to the shift amount of the color other than the reference color with respect to the quasi-color is surely constant, highly accurate alignment pattern detection can be performed.
[0105]
The present invention According to 2 The linearity of the straight line can be further increased, and the accuracy of alignment pattern detection can be further increased.
[0106]
The present invention According to , Raw Non-linear factors caused by the characteristics of the single unit can be reduced, and the linearity of two straight lines can be further improved.
[0107]
The present invention According to , Raw Non-linear factors caused by the characteristics of the single unit can be reduced, and the linearity of two straight lines can be further improved.
[0108]
The present invention According to , Raw Non-linear factors caused by the characteristics of the single unit can be reduced, and the linearity of two straight lines can be further improved.
[0109]
The present invention According to , Raw Non-linear factors caused by the characteristics of the single unit can be reduced, and the linearity of two straight lines can be further improved.
[0110]
The present invention According to , Raw Non-linear factors caused by the characteristics of the single unit can be reduced, and the linearity of two straight lines can be further improved.
[0111]
The present invention According to , Raw Non-linear factors caused by the characteristics of the single unit can be reduced, and the linearity of two straight lines can be further improved.
[0112]
The present invention According to , ( 1) Compared with the conventional edge detection method, highly accurate detection is possible even at a low sampling frequency of about 1/100.
(2) As a result of (1), it is not necessary to increase the speed of the processing circuit section after sampling, so that the cost of the electric hardware configuration can be greatly reduced.
(3) Since the linearity of the two straight lines with respect to an arbitrary shift amount of the color line is greatly improved, the number of patches constituting the alignment pattern can be greatly reduced.
(4) As a result of (3), since the processing time required for the adjustment not related to the normal printing can be greatly shortened like the positional deviation adjustment, the productivity can be greatly improved.
Moreover, since the detection performance is a detection method using diffused light that does not depend on the wear deterioration of a transfer body (positioning pattern carrier) such as a transfer belt, detection accuracy equivalent to the edge detection method using regular reflection light can be obtained. In addition, it can greatly contribute to the extension of the life of the alignment pattern carrier such as a belt, that is, the reduction of the running cost.
[0116]
The present invention According to High S / N ratio can be obtained, and detection accuracy can be improved.
[0117]
The present invention According to High S / N ratio can be obtained, and detection accuracy can be improved.
[0118]
The present invention According to , Rank Regardless of the formation state of the alignment pattern, the linearity of the approximate straight line can be further improved, so that the positional deviation detection accuracy can be improved.
[0119]
The present invention According to , Rank Since line thickening or thinning is likely to occur in the formation of the alignment pattern, the effect of improving the positional deviation detection accuracy by improving the linearity of the approximate straight line in particular can be exhibited.
[0122]
The present invention According to , Group It is possible to eliminate the two linear non-linear factors with respect to the shift amount of the color other than the reference color with respect to the quasi color, and it is possible to detect the alignment pattern with high accuracy without using an expensive sensor.
[0123]
The present invention According to High S / N ratio can be obtained, and detection accuracy can be improved.
[0124]
The present invention According to High S / N ratio can be obtained and detection accuracy can be improved.
[0125]
The present invention According to , Rank Regardless of the formation state of the alignment pattern, the linearity of the approximate straight line can be further improved, so that the positional deviation detection accuracy can be improved.
[0126]
The present invention According to , Rank The displacement detection accuracy can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic front view of a color printer as an image forming apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view of an alignment pattern for detecting misalignment in the main scanning direction.
FIG. 3 is a schematic plan view showing the positional relationship of the alignment pattern detection sensor with respect to the scanning direction of the alignment pattern.
FIG. 4 is a schematic plan view showing a positional relationship between an alignment pattern formation position on the transfer belt and an alignment pattern detection sensor.
FIG. 5 is a schematic plan view showing a state in which the central axis of the directivity of each element of the alignment pattern detection sensor is aligned with the scanning direction of the alignment pattern.
FIG. 6 is a diagram showing directivity characteristics of a light emitting unit of an alignment pattern detection sensor.
FIG. 7 is a diagram illustrating directivity characteristics of a light receiving unit of an alignment pattern detection sensor.
FIG. 8 is a graph showing an effect of improving linearity with respect to a conventional optical sensor.
FIG. 9 is a block diagram showing misregistration amount correction means.
FIG. 10 is a graph showing measured values of the color line width of each patch observed with a microscope.
FIG. 11 is a diagram showing non-linearity of area increment caused by a circular shape of a light receiving surface in a conventional optical sensor.
FIG. 12 is a diagram for obtaining a rectangular area in a circular light receiving surface.
FIG. 13 is a graph showing a simulation result of the area of the color line portion with respect to the shift amount of the color line.
FIG. 14 is a graph showing a simulation result when the center of the Bk line is shifted from the center of the light receiving surface.
FIG. 15 is a diagram showing directivity characteristics of a light emitting element in a conventional optical sensor.
FIG. 16 is a diagram showing directivity characteristics of a light receiving element in a conventional optical sensor.
FIG. 17 is a schematic plan view showing directivity characteristics of each element of the conventional optical sensor with respect to the scanning direction of the alignment pattern.
FIG. 18 is a graph showing the relationship between LED light emission current and regular reflection light output in a conventional optical sensor.
FIG. 19 is a graph showing a positional deviation pattern output when detection is performed with regular reflection light in a conventional optical sensor.
FIG. 20 is a graph showing the relationship between LED light emission current and diffuse reflected light output in a conventional optical sensor.
FIG. 21 is a graph showing a positional deviation pattern output when detection is performed with diffuse reflected light in a conventional optical sensor.
FIG. 22 is a graph showing the relationship between the glossiness of the transfer belt surface and the sensor output.
FIG. 23 is a graph showing the relationship between the lightness of the transfer belt surface and the diffused light output.
FIG. 24 is a graph showing an actual measurement result of a displacement amount of an alignment pattern on a transfer belt.
FIG. 25 is a graph showing an actual measurement result by a sensor of a displacement amount of an alignment pattern on a transfer belt.
FIG. 26 is a diagram illustrating a state in which both the Bk line and the C line are overweight.
FIG. 27 is a diagram illustrating a state in which line weighting occurs only in the Bk line.
FIG. 28 is a schematic plan view of an alignment pattern for detecting misalignment in the sub-scanning direction.
FIG. 29 is a diagram illustrating a configuration of an alignment pattern detection sensor according to a third embodiment.
FIG. 30 is a schematic front view of a color copying machine as an image forming apparatus according to a fourth embodiment.
FIG. 31 is a schematic front view of a color copying machine as an image forming apparatus according to a fifth embodiment.
FIG. 32 is a schematic front view of an ink jet recording apparatus as an image forming apparatus according to a sixth embodiment.
33 is an enlarged view of the periphery of the conveyor belt in FIG. 32. FIG.
FIG. 34 is a schematic plan view showing the formation of the alignment pattern and the positional relationship of the alignment pattern detection sensor in the inkjet recording apparatus.
FIG. 35 is a schematic plan view of an alignment pattern configured by superimposing two color lines.
FIG. 36 is a schematic plan view showing the arrangement of elements of a conventional optical sensor with respect to the scanning direction of the alignment pattern.
FIG. 37 is a graph showing the output voltage of the misalignment pattern and the intersection calculation result when a conventional optical sensor is used.
[Explanation of symbols]
Pm, Ps alignment pattern
40, 60 Alignment pattern detection sensor as alignment pattern detection means
40A Light emitting diode as light emitting part
40B Photodiode as light receiving part
46 Misalignment correction means
Bk black line image

Claims (13)

A plurality of image bearing members, a line image is formed for positioning on each image carrier, an image forming apparatus having a configuration to be transferred to the transfer member each line image is the reference color a plurality of lines formed by overlapping the black line image and a line image of a color other than the reference color as one patch, continuously patches shifted by any amount relative positional relationship between the line image of the two-color A plurality of alignment patterns formed; a registration pattern detection unit that detects the registration pattern; and a plurality of output signals corresponding to the plurality of patches from the registration pattern detection unit. In an image forming apparatus having a misregistration amount correction unit that calculates a misregistration amount and a direction between a black line image and a line image of a color other than the reference color and corrects the misregistration amount .
The alignment pattern detection means is an alignment pattern detection sensor that emits light from a light emitting unit and detects reflected light from the alignment pattern by a light receiving unit, and the light receiving unit is a diffuse reflection light of the reflected light. Alternatively, it is configured to detect a diffuse reflection component, the light emitting unit and the light receiving unit are arranged along the scanning direction of the alignment pattern, and at least the spot shape of the light receiving unit is at a position different from the alignment pattern. An image forming apparatus, wherein the pattern detection sensor is configured to have a constant area increment with respect to a shift amount of a line image of a color other than the reference color with respect to a black line image of the reference color. An image forming apparatus for obtaining a color image by an ink jet method , wherein a plurality of lines formed by superimposing a black line image as a reference color and a line image of a color other than the reference color are used as one patch A plurality of alignment patterns formed by continuously forming a plurality of patches in which the relative positional relationship of line images is shifted by an arbitrary amount, alignment pattern detection means for detecting the alignment patterns, and the alignment pattern detection sensor Based on a plurality of output signals corresponding to the plurality of patches from the above, the amount of misregistration between the black line image of the reference color and the line image of the color other than the reference color and its direction are calculated, and the amount of misregistration is calculated. In the image forming apparatus having the misregistration correction unit for correcting ,
The alignment pattern detection means is an alignment pattern detection sensor that irradiates light from a light emitting unit and detects reflected light from the alignment pattern by a light receiving unit, and the light receiving unit is a diffuse reflection light of the reflected light. Alternatively, the light-emitting unit and the light-receiving unit are arranged along the scanning direction of the alignment pattern, and at least the spot shape of the light-receiving unit is at a different position of the alignment pattern. An image forming apparatus, wherein the pattern detection sensor is configured to have a constant area increment with respect to a shift amount of a line image of a color other than the reference color with respect to the black line image of the reference color. The image forming apparatus according to claim 1 or 2,
An image forming apparatus characterized in that the spot shape of the light receiving portion is a square. The image forming apparatus according to any one of claims 1 to 3,
An image forming apparatus, wherein a central axis of directivity of the light emitting unit and the light receiving unit coincides with a scanning direction of the alignment pattern. The image forming apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein:
An image forming apparatus, wherein the light emitting part is constituted by a light emitting diode, and the light receiving part is constituted by a photodiode or a phototransistor. The image forming apparatus according to claim 5.
An image forming apparatus , wherein the light receiving unit is a light receiving element having a wide directivity angle. The image forming apparatus according to claim 5.
An image forming apparatus, wherein one or both of the light emitting part and the light receiving part is an element having a half-value angle of 30 ° or more. The image forming apparatus according to claim 5.
The light emitting unit, an image forming apparatus, characterized in that one or both of the light receiving portion is an element of the side view type. The image forming apparatus according to claim 5.
The light emitting unit, one or both of the light receiving portion is an image forming apparatus which is a device of the chip type. The image forming apparatus according to claim 9.
An image forming apparatus , wherein a collimating lens is provided between the chip type element and the alignment pattern to be detected. The image forming apparatus according to any one of claims 1 to 10 ,
2. An image forming apparatus according to claim 1, wherein an image forming order of the black line image as a reference color is a final color of color superposition on the transfer body . The image forming apparatus according to any one of claims 1 to 11 ,
The output signal from the alignment pattern detection means for an arbitrary shift amount of the line image other than the reference color with respect to the reference color line image of the alignment pattern has one or more extreme values, and the arbitrary shift amount is represented on the horizontal axis. The misregistration amount correcting means determines the misregistration amount and direction of a color other than the reference color with respect to the reference color by calculating the intersection of two straight lines formed on both sides of the extreme value. The image forming apparatus is characterized in that, in calculating the intersection, data points in the extreme value or in the vicinity of the extreme value are not used for the calculation . The image forming apparatus according to claim 12 .
An image forming apparatus having a two-component developing type developing device.

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