JP4445231B2 - 光素子アレイ位置検出装置 - Google Patents

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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
11〜13 LEDアレイ
20 製品構造体
31〜34 CCD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 (5)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
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