JP4445231B2

JP4445231B2 - 光素子アレイ位置検出装置

Info

Publication number: JP4445231B2
Application number: JP2003311304A
Authority: JP
Inventors: 康一川野; 基平松
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-09-03
Filing date: 2003-09-03
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2023-09-03
Also published as: JP2005077358A

Description

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

従来より、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子を基板上に一直線上に並べて配置した発光素子アレイユニット（発光素子アレイ基板）から発した光を、書き込み対象物である感光体の帯電面に照射して潜像を書き込む書込装置がある。このような書込装置は、例えばＡ０サイズのように幅が広い画像を書き込む場合には、その画像の書込幅以上の例えば１ｍ程度の長さの発光素子アレイユニットを必要とする。

しかしながら、このように１ｍもの長さの発光素子アレイユニットを、例えば４００ｄｐｉ（ドットピッチ６３．５μｍ）で製作しようとすると、幅広のＬＥＤチップマウンタやワイヤボンディングマシン等の高価な設備が専用で必要となる。また、発光素子列に対応して設ける自己収束性ロッドレンズアレイ（セルフォックレンズアレイ：ＳＬＡ）も、一般的に幅が広くなればなるほど単位長さ当りの価格が高くなってしまう。

そこで、従来の書込装置には、例えば特許文献１に開示されているにように、Ａ３サイズの幅のように比較的短尺に形成した発光素子アレイユニットを、その発光素子アレイが並んでいる長手方向に複数個並べることにより、全体として長尺の発光素子アレイユニットを構成するようにしたものがある。

しかしながら、このように複数個の発光素子アレイユニットを長手方向に並べて長尺の発光素子アレイユニットを構成しているものでは、その複数の発光素子アレイユニットのユニット間のドット位置合わせが問題になる。すなわち、４００ｄｐｉにおけるドットピッチは６３．５μｍであるが、通常、ドットピッチ誤差を５μｍ程度よりも小さくしないと、画像に縦の黒や白のすじが発生しやすい。

これに対し、上記のような複数個の発光素子アレイユニットを長手方向に並べる場合における各々の発光素子アレイユニットの配置を正確に行う装置に関する公知技術は開示されていない。そこで一般的には、発光素子アレイユニット（発光素子アレイ基板）から発した光を、書き込み対象物である感光体の帯電面に照射して潜像を書き込み、一般に知られる複写機の現像機構により現像させた出力画像をみて調整している。この方法は、紙を大量に使用することから、環境負荷が大きいという問題点がある。

また、特許文献２は、発光素子アレイユニット（発光素子アレイ基板）から発した光を、書き込み対象物である感光体の帯電面に照射して潜像を書き込み、当該潜像を読み取る機構を製品自体に設ける技術を開示する。当該機構は、光量の変化を検出するセンサとスリットとの組み合わせを設け、上記潜像を移動させ、当該潜像の光量変化でずれ量を把握する。

また、特許文献３は、複数のＬＥＤヘッドの位置関係を測定するものではないが、単体のＬＥＤプリントヘッドアレイ内のＬＥＤの配置ずれを測定する装置を開示する。
実開昭６４−１６３４２号公報特開平１−１７０９６１号公報特許第３０１４１５６号公報

しかしながら、上記特許文献２は、製品自体に上記機構を持たせるため、製品コストを大幅にアップさせる。また、測定（スキャン）、調整、再測定、調整を繰り返すこととなり、測定しながら調整を行うリアルタイム的作業とはならないため、トライ＆エラーの効率の悪いものとなる。

また、特許文献３は、測定範囲を広げ、複数のＬＥＤアレイの発光部分に適用すれば本発明と同様の効果を得られるが、投影スクリーンやＸＹステージの構成があり、装置が複雑となる。さらに、特許文献２と同様にリアルタイム的作業を得ることができない。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、複数の光素子アレイ間のドット位置合わせのための測定、及びドットの深度測定を製品本体と異なる装置で行ない、測定しながら調整を行なうリアルタイム的作業を得ることができる光素子アレイ位置検出装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、複数の発光素子を直線状に並べて配置した光素子アレイを、複数個繋げた場合の各光素子アレイ間の繋ぎ目部分の位置ずれ、及び前記発光素子の発光点から受光面までの距離である深度を検出する光素子アレイ位置検出装置であって、前記複数の発光素子を選択的に点灯させる光素子駆動手段と、前記光素子アレイに対向させて配設され、前記発光素子が発光するビームを受光する光受光素子と、前記光受光素子から入力されたデータを処理する画像処理手段と、前記画像処理手段により求められた前記位置ずれ、及び前記深度を表示する表示手段と、
を有し、前記画像処理手段は、前記光受光素子が受光した画像データのビームプロファイルの注目値から、前記深度を求めることを特徴としている。

複数のＬＥＤ等の発光素子を直線状に並べて配置したＬＥＤアレイ等の光素子アレイを長手方向に複数個繋げた場合の各光素子アレイ間の繋ぎ目部分の位置ずれ、及び深度を検出する光素子アレイ位置検出装置は、ビームの出射−結像間距離を直接測定するのではなく、ＬＥＤ等の発光素子を選択的に点灯させ、光素子アレイに対向させて配設したＣＣＤカメラ等の光受光素子によりビームを受光し、当該ビームのビームプロファイルの注目値に対応する深度を求めて表示する。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ビームプロファイルの注目値は、ピーク値またはビーム径を用いることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、複数の発光素子を直線状に並べて配置した光素子アレイを、複数個繋げた場合の各光素子アレイ間の繋ぎ目部分の位置ずれ、及び前記発光素子の発光点から受光面までの距離である深度を検出する光素子アレイ位置検出装置であって、前記複数の発光素子を選択的に点灯させる光素子駆動手段と、前記光素子アレイに対向させて配設され、前記発光素子が発光するビームを受光する光受光素子と、前記光受光素子から入力されたデータを処理する画像処理手段と、前記画像処理手段により求められた前記位置ずれ、及び前記深度を表示する表示手段と、を有し、前記画像処理手段は、前記光受光素子が受光した画像データから解像力を算出し、前記深度を求めることを特徴としている。

複数のＬＥＤ等の発光素子を直線状に並べて配置したＬＥＤアレイ等の光素子アレイを長手方向に複数個繋げた場合の各光素子アレイ間の繋ぎ目部分の位置ずれ、及び深度を検出する光素子アレイ位置検出装置は、ビームの出射−結像間距離を直接測定するのではなく、ＬＥＤ等の発光素子を選択的に点灯させ、光素子アレイに対向させて配設したＣＣＤカメラ等の光受光素子によりビームを受光し、受光した画像データの解像力（ＭＴＦ）に対応する深度を求めて表示する。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記光素子駆動手段は、前記繋ぎ目部分の複数の発光素子を所定の間隔を空けて点灯させ、前記画像処理手段は、前記光受光素子が受光した画像データから、前記所定の間隔のビーム列を含む部分を切り出し、該切り出した画像データを一次元化して波形データに変換し、ＭＴＦ演算を行なうことを特徴とする請求項３記載の光素子アレイ位置検出装置。

請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の発明において、前記光受光素子は、前記光素子アレイ間の繋ぎ目部分に対向させて配設されることを特徴としている。

請求項１記載の発明によれば、光素子アレイの深度方向の調整を行なう上で、ビームの出射−結像間距離を直接測定するのではなく、ＣＣＤカメラ等の光受光素子で取得したビームプロファイル画像の特徴的な変化を確認することにより、深度の調整状態を確認することができる。ビームプロファイルから演算される注目値を予め設定された値以上に調整することで、リアルタイムに光素子アレイを適正な深度に調整することができる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、ビームプロファイルのピーク値またはビーム径を注目値として用いることにより、注目値と深度との間の安定的な関係を利用して精度の高い深度調整を行なうことができる。

請求項３記載の発明によれば、光素子アレイの深度方向の調整を行なう上で、ビームの出射−結像間距離を直接測定するのではなく、ＣＣＤカメラ等光受光素子で取得した画像中の解像力の変化を確認することにより、深度の調整状態を確認することができる。ＭＴＦを予め設定された値以上に調整することで、リアルタイムに光素子アレイを適正な深度に調整することができる。

請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明の効果に加えて、受光した画像データを一元的な波形データに変換し、ＭＴＦを算出することにより、ＭＴＦと深度との間との安定的な関係を利用して精度の高い深度調整を行なうことができる。

請求項５記載の発明によれば、請求項１から４のいずれか１項に記載の発明の効果に加えて、光受光素子を光素子アレイ間の繋ぎ目部分に対向させて配設したことにより、光素子アレイ間の繋ぎ目部分の位置ずれを明確に把握することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態における光素子アレイ位置検出装置の構成を示す概略図である。図１において、光素子としての３本のＬＥＤアレイ１１〜１３は、千鳥状に製品構造体２０により連結されている。なお、ＬＥＤアレイの数は任意であり、３本に限るものではない。ＬＥＤアレイ１１〜１３及び製品構造体２０が調整される製品であり、調整のための機構（微動送り、固定）は、この製品側が持っている。なお図示しないが、調整機構を治具に持たせれば、固定手段のみ製品に持たせることも可能である。

光素子アレイ位置検出装置は、ベース部５０および側板４１，４２を備え、これらにより製品構造体２０を支持している。側板４１，４２は、調整時に製品を固定するための図示しない位置決め機構を備える。製品構造体２０には基準位置があり、ベース部５０および側板４１，４２は、その基準を支持している。製品構造体２０の基準位置は、製品（複写機等）にセットする際の基準位置と同じことが好ましい。

ベース部５０には、受光素子としての複数のＣＣＤカメラ３１〜３４が備えられている。ＣＣＤカメラ３１〜３４は、各ＬＥＤアレイ１１〜１３の配置位置、及びＬＥＤの深度（焦点）位置を計測するためのものである。本実施形態において、ＣＣＤカメラ３１〜３４は、２次元状に受光素子を持つものが好ましい。図１中のＣＣＤカメラ３１〜３４は、レンズ等の光学系部材がなく、直接ＣＣＤ素子でＬＥＤ発光を受光している。もちろん、光学系部材を用いて、ＬＥＤ発光を受光しても構わない。例えば、レンズでＬＥＤ発光を拡大して受光してもよい。ＬＥＤ形式等によりＣＣＤ受光量が飽和してしまう場合があるが、光学的絞りがない本実施形態の場合、光量補正に図示しないＮＤフィルタをＣＣＤ画素前に配置し使用する。通常は、ＬＥＤの駆動機構により光量補正を行う。

図１に示す例では、ＬＥＤアレイ１１は、ＣＣＤカメラ３１，３２からの画像データによって深度、位置調整のための計測が行われる。ＬＥＤアレイ１２は、ＣＣＤカメラ３２，３３からの画像データによって計測が行われる。ＬＥＤアレイ１３は、ＣＣＤカメラ３３，３４からの画像データによって計測が行われる。

各々のＣＣＤカメラ３１〜３４は、顕微鏡等を用いてあらかじめ各々の画素（格子状に配列）の位置と、製品構造体２０の位置決め基準との位置関係が明確になっている。ＬＥＤアレイ１１〜１３の基準発光点が、ＣＣＤカメラ３１〜３４等のＣＣＤ受光素子に照射する画素位置をＣＣＤ受光素子の基準画素点として、ＰＣ等の情報処理装置６０の記憶部に記憶する。または、マスターとなる３本のＬＥＤアレイが正しく配置されたマスターの構造体を装置にセットし、基準発光点を受光するＣＣＤ受光素子の画素位置（基準画素点）を記憶してもよい。

光素子駆動手段７０は、各ＬＥＤアレイ１１〜１３の任意の点（単数又は複数）を発光させることができ、ＬＥＤアレイ１１〜１３の基準発光点を発光制御する。この場合、各々のＬＥＤアレイ１１〜１３の傾きも調整するので、ＬＥＤアレイ１１〜１３の基準発光点は、各ＬＥＤアレイ１１〜１３の端部に近い点が好ましい。また、複数のＬＥＤアレイを連結する繋ぎの部分の測定は、繋ぎ目に相当する発光素子の発光点を用いることが好ましい。位置の分かっているＣＣＤ画素にＬＥＤアレイ１１〜１３の基準発光点からのビームが入射することにより、ＬＥＤ発光点が測定可能となる。即ち、受光された位置とＣＣＤ受光素子の基準画素点のずれが明確になる。これにより、繋ぎ目部分のずれの測定、調整が可能となる。

ＬＥＤアレイ１１〜１３の基準発光点は、ＣＣＤカメラ３１〜３４により受光され、情報処理装置６０の画像処理手段６５に出力される。画像処理手段６５は、ＣＣＤカメラ３１〜３４から入力される画像データを基に、受光点の重心位置、及び深度を計測する。ここで、深度とは、ＬＥＤアレイ１１〜１３の基準発光点とＣＣＤカメラ３１〜３４の受光面との距離である。この距離が適正でない場合、複写機等の画像形成装置によって形成される画像は、所望の分解能を得ることができなくなるといった不具合が生じる。

情報処理装置６０は、光素子アレイ位置検出装置全体を制御する。画像処理部６５を備え、画像処理部６５は、ＣＣＤカメラ３１〜３４から入力される画像データを処理する。また、情報処理装置６０は、光素子駆動手段７０を制御してＬＥＤアレイ１１〜１３の発光素子の発光制御を行う。さらに、図示しない表示部を備えており、表示部は、ＬＥＤアレイ１１〜１３間の位置ずれ及びＬＥＤアレイ１１〜１３の深度を表示する。また、ＬＥＤ光の光強度分布（以後、ビームプロファイルと呼ぶ）をグラフ化した映像を表示してもよい。

次に、第１の実施例について説明する。第１の実施例は、ＬＥＤアレイ１１〜１３の深度調整をＬＥＤアレイ１１〜１３の基準発光点とＣＣＤカメラ３１〜３４の受光面との距離を直接測定するのではなく、１つの基準発光点のビームプロファイルを演算して得られた値によって行なう。ここで、演算する値とは、１つの基準発光点のビームプロファイルのピーク値、ビーム径、積算値等である。

図２は、ＬＥＤ発光点から出射されるＬＥＤ光をＣＣＤ素子が受光する様子を示す断面図である。図３は、ＬＥＤ光のビームプロファイルを示す図である。図２において、ＬＥＤ発光点２１から出射されるＬＥＤ光２３は、等倍レンズ２２を介してＣＣＤ素子２４の受光面に結像する。

図２（ａ）は、図中ｄで示した距離が、適正に調整された場合を示しており、図３（ａ）は、その時のビームプロファイルを示している。この場合のピーク値とは、取得した画像の暗部（一般に、ＣＣＤ受光素子は、受光していない部分でも一定の画素濃度を持つ。）と、ビームプロファイルの画素濃度の最大値との差となる。図３（ａａ）は、図３（ａ）に示すビームプロファイルのＸ軸断面図である。図中のビーム径とは、上記ピーク値に対して、１３．５％（１／ｅ²）、または５０％をスレッシュとした時の、断面の径として現される場合が多い。また、図示していないが、積算値とは、ビームプロフィルの画素値の合計を演算したものである。

図２（ｂ），図２（ｃ）は、図中ｄで示した距離が適正に調整されていない場合を示しており、図３（ｂ），図３（ｃ）は、それぞれの場合のビームプロファイルを示している。これらのビームプロファイルから所定の値を演算することで、距離ｄの変化をビームプロファイルの演算値の変化とすることが可能となる。ビームプロファイルから演算される所定の値と、距離ｄとの対応関係を示すテーブルは、情報処理装置６０内の図示しない記憶部に予め設定される。

次に、第２の実施例について説明する。第２の実施例は、ＬＥＤアレイ１１〜１３の基準発光点とＣＣＤカメラ３１〜３４の受光面との距離を直接測定するのではなく、ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）演算によって得られた値によって行なう。ＭＴＦは、解像力を表す指標である。ＭＴＦの算出方法は、後述する。図４は、第２の実施例における光素子アレイ位置検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。

まず、光素子駆動手段７０は、情報処理装置６０からの指示によりＬＥＤ発光点を１ドットまたは２ドットといったように所定の間隔を空けて発光するようにＬＥＤアレイ１１〜１３を制御する。ＣＣＤカメラ３１〜３４は、ビームとビームとの間隔が一定の距離だけ離れた直線上の画像を取得して、画像処理手段６５に出力する（ステップＳ４１）。画像処理手段６５は、当該画像から、予め定められた画像範囲のみを計測データとして切り出す（ステップＳ４２）。切り出された画像の一部（四隅の６４画素値が好ましいがこれに限るものではない。）をさらに切り出し、画素濃度の平均値を演算することでベースレベルを算出する（ステップＳ４３）。

次に、画像を副走査方向へ積和演算を行なうことで、２次元データを１次元データへ変換する（ステップＳ４４）。この結果、ビームの受光部と、ビームとビームとの間隔部とが交互に現れる波形データを得ることができる。図５は、ここまでの画像処理の流れを視覚的に示す説明図である。図５において、切り出し画像の副走査方向の画素数を１００画素、ベースレベルを算出するための画素数を６４画素にしているがこれに限るものではない。

次に、画像処理手段６５は、上記波形データの局所的な最大値、最小値を平均することにより、スレッシュレベルを決定する（ステップＳ４５）。そして、スレッシュレベルを負から正の方向へ横切る部分を検出する（ステップＳ４６）。このようにすることで、局所的な最大値、最小値を１つずつ持つような範囲に区切ることができる。そして、その範囲ごとに、下記式１によりＭＴＦ値を算出する（ステップＳ４７）。算出したＭＴＦ値の中で最小のものを画像のＭＴＦとする（ステップＳ４８）。図６は、上記波形データ及びＭＴＦの算出過程を示す説明図である。

ＭＴＦｎ＝（ＭＡＸｎ−ＭＩＮｎ）／（ＭＡＸｎ＋ＭＩＮｎ） …式１

以上のように、ＭＴＦを演算することで、ＬＥＤアレイ１１〜１３の深度変化をＭＴＦの演算値の変化とを対応させることができる。ＭＴＦの演算値とＬＥＤアレイ１１〜１３との深度変化の対応関係を示すテーブルは、情報処理装置６０内の図示しない記憶部に予め設定される。

上述したビームプロファイルから演算された所定の値は、情報処理装置６０の図示しない表示部にバーグラフで示される。また、調整中の最大値を示す『置き針』等、調整を実施する作業者に分かりやすい形で上記表示部に示される。これにより、ビームプロファイルから演算される所定の値、またはＭＴＦが予め設定された値以上になるように調整が行われる。

なお、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態の一例を示したものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。

本発明の実施形態における光素子アレイ位置検出装置の構成を示す概略図である。第１の実施例におけるＬＥＤ発光点から発光されるＬＥＤ光をＣＣＤ素子が受光する様子を示す断面図である。第１の実施例におけるＬＥＤ発光のビームプロファイルを示す図である。第２の実施例における光素子アレイ位置検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。第２の実施例における説明図である。第２の実施例におけるＭＴＦを算出するための波形データを示す図である。

符号の説明

１１〜１３ＬＥＤアレイ
２０製品構造体
３１〜３４ＣＣＤカメラ
４１，４２側板
５０ベース板
６０情報処理装置
６５画像処理手段
７０光素子駆動手段

Claims

複数の発光素子を直線状に並べて配置した光素子アレイを、複数個繋げた場合の各光素子アレイ間の繋ぎ目部分の位置ずれ、及び前記発光素子の発光点から受光面までの距離である深度を検出する光素子アレイ位置検出装置であって、
前記複数の発光素子を選択的に点灯させる光素子駆動手段と、
前記光素子アレイに対向させて配設され、前記発光素子が発光するビームを受光する光受光素子と、
前記光受光素子から入力されたデータを処理する画像処理手段と、
前記画像処理手段により求められた前記位置ずれ、及び前記深度を表示する表示手段と、
を有し、
前記画像処理手段は、前記光受光素子が受光した画像データのビームプロファイルの注目値から、前記深度を求めることを特徴とする光素子アレイ位置検出装置。
前記ビームプロファイルの注目値は、ピーク値またはビーム径を用いることを特徴とする請求項１記載の光素子アレイ位置検出装置。
複数の発光素子を直線状に並べて配置した光素子アレイを、複数個繋げた場合の各光素子アレイ間の繋ぎ目部分の位置ずれ、及び前記発光素子の発光点から受光面までの距離である深度を検出する光素子アレイ位置検出装置であって、
前記複数の発光素子を選択的に点灯させる光素子駆動手段と、
前記光素子アレイに対向させて配設され、前記発光素子が発光するビームを受光する光受光素子と、
前記光受光素子から入力されたデータを処理する画像処理手段と、
前記画像処理手段により求められた前記位置ずれ、及び前記深度を表示する表示手段と、
を有し、
前記画像処理手段は、前記光受光素子が受光した画像データから解像力を算出し、前記深度を求めることを特徴とする光素子アレイ位置検出装置。
前記光素子駆動手段は、前記繋ぎ目部分の複数の発光素子を所定の間隔を空けて点灯させ、
前記画像処理手段は、前記光受光素子が受光した画像データから、前記所定の間隔のビーム列を含む部分を切り出し、該切り出した画像データを一次元化して波形データに変換し、ＭＴＦ演算を行なうことを特徴とする請求項３記載の光素子アレイ位置検出装置。
前記光受光素子は、前記光素子アレイ間の繋ぎ目部分に対向させて配設されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光素子アレイ位置検出装置。