JP4460403B2

JP4460403B2 - 位置検出装置

Info

Publication number: JP4460403B2
Application number: JP2004266743A
Authority: JP
Inventors: 基平松; 克志阿部
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-09-14
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2024-09-14
Also published as: JP2006084205A

Description

本発明は、位置検出装置に関するものである。

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状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。

上述した発光素子アレイユニットでは、その発光素子位置が設計の値もしくは基準の位置と異なったり、本来一直線で並べられるべきものが曲がっていると色ずれをおこし出力画像が劣化する問題がある。このような問題を解決するため、例えば特許文献１に、上述した基板上における各発光素子の位置を精度良く測定する方法が提案されている。

また、例えば特許文献２に開示されているように、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。この場合は、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となる。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。また、特許文献３には、光検出手段やスリットなどを利用して、発光素子アレイユニット（発光素子アレイ基板）間のつなぎ目のずれを検出する方法が提案されている。
特許第３３２７０６１号実開昭６４−１６３４２号公報特開平１−１７０９６１号公報

上述した特許文献２および３に開示されている技術は何れも基板上における各発光素子アレイの位置やずれ量を測定して調整するものであり、光軸方向における発光素子アレイの位置やずれ量を把握するものではない。しかしながら、発光素子を搭載する基板が歪んでいたりすると光軸方向における発光素子の位置も設計値もしくは基準の位置と異なってしまい、これにより求められる分解能の画像を得ることができないという問題があった。

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、発光素子アレイの光軸方向における位置を正確に検出することができる位置検出装置を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、発光素子アレイを構成する互いに直線的に並べられた複数の発光素子から照射されたビームを受光する受光面と、前記複数の発光素子のうち、少なくとも２つ以上の発光素子からビームが前記受光面で受光されるように、前記発光素子を発光させる光駆動手段と、前記受光面で受光された少なくとも２つ以上のビームに基づいて、前記発光素子アレイの光軸方向における位置を検出する位置検出手段と、を備えた位置検出装置において、前記光駆動手段が、前記位置検出手段による位置検出時に前記発光素子アレイと前記受光面との間に直線状に並べて配置される複数のレンズに対する前記ビームの入射位置がレンズ毎に互いに異なるように、前記複数のレンズの半径より小さい間隔毎に前記発光素子を発光させることを特徴とする位置検出装置に存する。

請求項２記載の発明は、前記位置検出手段が、前記受光面に受光された少なくとも２つ以上の発光素子からのビームの平均に基づき、前記位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置に存する。

請求項３記載の発明は、前記位置検出手段が、前記受光面に受光されたビームを画像処理して、前記位置を検出する画像処理手段であることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置に存する。

請求項１記載の発明によれば、受光面に受光された２つ以上のビームに基づいて、発光素子アレイの光軸方向における位置を検出している。これにより、発光素子アレイを構成する各発光素子のうち、光軸方向位置が他の発光素子と比べて突出してズレている一つの発光素子の光軸方向位置を、発光素子アレイ全体としての光軸方向位置として検出することがなく、発光素子アレイの光軸方向における位置を正確に検出することができる。しかも、ビームのレンズに対する入射位置、つまり、ビームがレンズの中心部を通って受光面に集光されるか、または、レンズの周縁部を通って受光面に集光されるかによって、検出手段による検出にばらつきが生じてしまうことがある。このことに着目し、光駆動手段が、発光素子アレイと受光面との間に直線状に並べられて配置される複数のレンズの半径より小さい間隔毎に発光素子を発光させる。このため、レンズに対するビームの入射位置がレンズ毎に互いに異なり、ビームのレンズに対する入射位置の影響を相殺することができ、より一層、発光素子アレイの光軸方向における位置を正確に検出することができる位置検出装置を得ることができる。

請求項２記載の発明によれば、ビームを平均することにより、各発光素子の光軸方向位置のばらつきを相殺することができ、より一層、発光素子アレイの光軸方向における位置を正確に検出することができる位置検出装置を得ることができる。

請求項３記載の発明によれば、画像処理により、簡単に、かつ、正確に発光素子アレイの光軸方向における位置を検出することができる位置検出装置を得ることができる。

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、本発明の位置検出装置の一実施形態を示す概略図である。図１において、発光素子アレイとしての３本のＬＥＤアレイ１１〜１３が千鳥状に製品構造体２０により連結され、ＬＥＤユニット１００を構成している。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ユニット１００は、一般的な複写機等の画像形成装置内の感光体ドラム８０上に潜像を与えるための光源として活用されるユニットとなる。上記画像形成装置に対するＬＥＤユニット１００の取付位置は、ＬＥＤユニット１００側に設けた調整機構（微動送り、固定）によって調整される。なお図示しないが、ＬＥＤユニット１００を取り付けるための画像形成装置側の取付治具に調整機構を持たせれば、固定手段のみをＬＥＤユニット１００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ＬＥＤユニット１００を支持している。側板４１，４２は、ＬＥＤユニット１００の位置決めを行うための図示しない位置決め機構を備える。製品構造体２０には基準位置が形成されており、ベース部５０および側板４１，４２は、製品構造体２０の基準位置と位置決め機構とを合わせて位置決めした上で、ＬＥＤユニット１００を支持している。製品構造体２０の基準位置は、画像形成装置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、複数のＣＣＤカメラ３１〜３４，３１１〜３３２が備えられている。ＣＣＤカメラ３１〜３４，３１１〜３３２は、各ＬＥＤアレイ１１〜１３の配置位置、及びＣＣＤカメラ３１１〜３３２ＬＥＤの光軸方向における位置（以降、深度という）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３１〜３４，３１１〜３３２は、２次元状に受光素子を持つものが好ましい。また、ＬＥＤアレイ１１〜１３に対するＣＣＤカメラ３１〜３４，３１１〜３３２のＣＣＤ画素配置面（＝受光面）は、画像形成装置においてＬＥＤアレイ１１〜１３に対する感光体８０面配置面と一致していることが好ましい。

ここで、図２に示すように、画像形成装置の感光ドラム８０は一般的に円筒形状のものが多い。そこで、図１においては、略平板状の製品構造体２０によってＬＥＤアレイ１１〜１３を連結しているが、円筒形状の感光ドラム８０に用いる場合、製品構造体２０は、図２に示すように、そのＬＥＤアレイ１１〜１３の長手方向に対して垂直方向が例えばＲ形状に反られており、互いに千鳥状に配置されたＬＥＤアレイ１１、１２の両者が感光ドラム８０に対して垂直に光を入射できるようになっている。このような製品構造体２０の場合、感光体ドラム８０面と各ＬＥＤアレイ１１，１２の光軸とが交わる点に、ＣＣＤカメラ３２のＣＣＤ画素面が配置されることが好ましい。

図１中のＣＣＤカメラ３１〜３４，３１１〜３３２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の発光量で場合によってはＣＣＤ受光量が飽和してしまうこともあるが、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に示す例において、ＬＥＤアレイ１１の配置位置（傾きや繋ぎ目）は、ＣＣＤカメラ３１，３２で検出される。ＬＥＤアレイ１２の配置位置は、ＣＣＤカメラ３２，３３で検出される。ＬＥＤアレイ１３の配置位置は、ＣＣＤカメラ３３，３４で検出される。

各々のＣＣＤカメラ３１〜３４は、図３に示すように、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に形成した基準位置との位置関係が測定され、明確になっている。図３において、製品構造体２０の基準位置は、側板４１の丸印で示す箇所である。ドライバ７０は、各ＬＥＤアレイ１１〜１３の任意の点（単数又は複数）を基準発光点として発光させる。この場合、各ＬＥＤアレイ１１〜１３の傾きも検出するので、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。よって、測定した上記位置関係と基準発光点として発光させるＬＥＤの位置とから、特定のＬＥＤアレイ１１〜１３の基準発光点がＣＣＤカメラ３１〜３４に照射されるべき画素位置を求めることができ、ＣＣＤ受光素子の基準画素点として情報処理装置６０の図示しない記憶部に記憶することができる。または、上述した位置関係の測定を行わずに、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、特定（基準となる）の発光素子を発光させてＣＣＤカメラ３１〜３４で受光した画素位置を、基準画素点として上記記憶部に記憶させてもよい。

ビームの位置を検出するＣＣＤカメラ３２，３３は、複数のＬＥＤアレイ１１，１２／１２，１３の発光を１つの光受光素子内で受光することにより、ＬＥＤユニットの繋ぎ目を測定する。この場合、複数のＬＥＤアレイ１１，１２／１２，１３を連結する繋ぎの部分は、繋ぎ目に相当する発光素子、つまりＬＥＤアレイ１１〜１３の端部を発光することによって計測することが好ましい。

上述したＣＣＤカメラ３２，３３にＬＥＤアレイ１１〜１３の基準発光点が入射することにより、ＬＥＤ発光点位置が検出可能となる。即ち、検出されたＬＥＤ発光点位置と情報処理装置６０の図示しない記憶素子に記憶した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検出が可能となる。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、受光点の重心位置や、最高光量の画素を計測して、ＬＥＤ発光点位置を検出することができる。

ＬＥＤアレイ１１〜１３の深度の検出は、ＣＣＤカメラ３１１〜３３２を使用して行なう。深度の検出は、例えば、ビーム径の大きさに基づいて検出することが好ましい。一般に、ＬＥＤアレイ１１〜１３の合焦位置に対するＣＣＤカメラ３１１〜３３２の位置とのズレが少ないほどビーム径は小さくなる、つまり、ピントが合うほどビーム径は小さくなる。または、ビームのピーク光量により検出することが好ましい。一般に、ピントが合うほどビームのピーク光量は大きくなる。このピントが適正でない場合、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。

なお、ＬＥＤアレイ１１〜１３を各々構成する各発光素子（ＬＥＤ）は全て同じ深度であるのが理想であるが、実際には、ばらつきが生じている。今、ｎ個のＬＥＤを並べて構成されたＬＥＤアレイ１１〜１３の場合、そのｎ個のうち１つのＬＥＤを選択的に発光させて深度検出した場合について考えてみる。この場合、選択した１つのＬＥＤが他の（ｎ−１）個のＬＥＤに比べて突出して深度がズレていた場合、その検出深度に基づいて調整を行うと残りの（ｎ−１）個のＬＥＤが大きくズレて調整されてしまうことになる。

そこで、本実施形態では、ｎ個のＬＥＤを並べて構成されたＬＥＤアレイ１１〜１３の場合、そのｎ個のうち少なくとも２つ以上のＬＥＤを発光させて、例えば各ＬＥＤのビーム径や光量の平均を求め、求めた平均から深度を検出する。これにより、突出して深度がズレているＬＥＤの深度をＬＥＤアレイ１１〜１３全体の深度として検出されることがなくなり、深度検出精度を高めることができる。

次に、上記深度検出の発光例について図４を参照して以下説明する。図４は、１つのＬＥＤアレイ１１〜１３を構成するＬＥＤ１１０と、略円形のレンズ１２０を直線状に並べて構成したレンズアレイ（セルフォックレンズ）との関係を示した図である。図中、黒丸は深度検出時に発光するＬＥＤであり、白丸は発光しないＬＥＤである。ところで、各ＬＥＤ１１０の深度検出は、ＬＥＤ１１０の位置がレンズ１２０の中心部に位置するか、周縁部に位置するかに依存して変動してしまう。

そこで、本実施形態では、５ドット間隔毎にＬＥＤ１１０を発光させている。言い換えると、レンズ１２０の半径Ｒ１より小さい間隔毎に発光させている。これにより、図４に示す例では、左から４個目のレンズ１２０と発光ＬＥＤ１１０との位置関係が、一番左のレンズ１２０と発光ＬＥＤ１１０との位置関係とほぼ一致するので、左から３個目までのレンズ１２０に入射するビームのレンズ１２０に対する入射位置は互いに異なっている。つまり、左から３個目までのレンズを通過してＣＣＤカメラ３１１〜３３２に受光されたビームの画像データを用いると、レンズ１２０と発光ＬＥＤ１１０との位置関係を均一に分散させることができる。このためビームのレンズ１２０への入射位置の違いによる深度への影響が平均化されるため、より一層深度検出精度の向上を図ることができる。

情報処理装置６０は、位置検出装置全体を制御する。また、情報処理装置６０は、ドライバ７０を制御してＬＥＤアレイ１１〜１３の発光素子の発光制御を行なう。このことから、情報処理装置６０およびドライバ７０が光駆動手段を構成することがわかる。また、情報処理装置は、画像処理手段６５を備え、ＣＣＤカメラ３１〜３４，３１１〜３３２から入力されるビーム画像を処理して、ＬＥＤアレイ１１〜１３間の位置ずれ及びＬＥＤアレイ１１〜１３の深度を検出する。このことから、情報処理装置６０および画像処理手段６５が請求項中の検出手段を構成することがわかる。さらに、図示しない表示部を備え、表示部に、ＬＥＤアレイ１１〜１３間の位置ずれ及びＬＥＤアレイ１１〜１３の深度を表示させるようにしてもよい。

なお、上述した実施形態では、図４に示すように、レンズ１２０の半径Ｒ１より小さい間隔毎にＬＥＤアレイ１１〜１３を構成するＬＥＤを発光させていた。しかしながら、発光されるＬＥＤ１１０からのビームのうちの少なくとも一部において、レンズ１２０に対する入射位置が互いに異なるように発光させれば半径Ｒ１より小さい間隔毎に発光させる必要はない。

本発明の位置検出装置の一実施形態を示す概略図である。各ＬＥＤアレイ１１、１２の光軸とＣＣＤカメラ３２のＣＣＤ画素面を示す図である。本発明の実施形態におけるＣＣＤカメラ３１〜３４の画素位置と、製品構造体２０の位置決め基準とを示す図である。１つのＬＥＤアレイ１１〜１３を構成するＬＥＤ１１０と、略円形のレンズ１２０を直線状に並べて構成したレンズアレイ（セルフォックレンズ）との関係を示した図である。

符号の説明

１１〜１３ＬＥＤアレイ（発光素子アレイ）
７０ドライバ
６０情報処理装置（検出手段、光駆動手段）
６５画像処理手段（検出手段）

Claims

発光素子アレイを構成する互いに直線的に並べられた複数の発光素子から照射されたビームを受光する受光面と、前記複数の発光素子のうち、少なくとも２つ以上の発光素子からビームが前記受光面で受光されるように、前記発光素子を発光させる光駆動手段と、前記受光面で受光された少なくとも２つ以上のビームに基づいて、前記発光素子アレイの光軸方向における位置を検出する位置検出手段と、を備えた位置検出装置において、
前記光駆動手段が、前記位置検出手段による位置検出時に前記発光素子アレイと前記受光面との間に直線状に並べて配置される複数のレンズに対する前記ビームの入射位置がレンズ毎に互いに異なるように、前記複数のレンズの半径より小さい間隔毎に前記発光素子を発光させる
ことを特徴とする位置検出装置。
前記位置検出手段が、前記受光面に受光された少なくとも２つ以上の発光素子からのビームの平均に基づき、前記位置を検出する
ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
前記位置検出手段が、前記受光面に受光されたビームを画像処理して、前記位置を検出する画像処理手段である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。