JP4514544B2 - 露光装置の焦点調整方法及び該方法により露光装置の焦点調整を行う画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関し、特に帯電させた感光体を露光する露光装置の焦点調整に関するものである。

従来の画像形成装置の画像形成過程を図１１を用いて説明する。図１１はタンデム式のカラー画像形成装置の構成を示す概略図であり、カラー画像形成装置本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送ベルト８の上流側（図１１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。

この画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、各画像形成部に隣接して移動する搬送ベルト８によって担持・搬送される転写紙６上に転写され、さらに、定着部７において転写紙６上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１１において時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び上方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電装置２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光するＬＥＤヘッド１７ａ、１７ｂ、１７ｃ及び１７ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像器３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング部５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。

先ず、帯電装置２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いでＬＥＤヘッド１７ａ〜１７ｄによって光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーが補給装置（図示せず）によって所定量充填されている。このトナーは、現像装置３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、ＬＥＤヘッド１７ａ〜１７ｄからの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

トナー像が転写される転写紙６は、装置下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラ１３ａ及びレジストローラ１３ｂを介して搬送ベルト８上へ供給され、各感光体ドラム１ａ〜１ｄの位置へと搬送される。搬送ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。

搬送ベルト８は、上流側の搬送ローラ１０と、下流側の駆動ローラ１１とに掛け渡されており、駆動モータ（図示せず）による駆動ローラ１１の回転に伴い搬送ベルト８が反時計回りに回転を開始すると、転写紙６がレジストローラ１３ｂから搬送ベルトの最上流側に設けられた吸着ローラ１４を介して搬送ベルト８上へ搬送される。吸着ローラ１４には所定の電圧が印加されており、転写紙６を静電吸着力により搬送ベルト８上に保持する。このとき画像書き出し信号がＯＮとなり、所定のタイミングにより最上流の感光体ドラム１ａ上に画像形成を行う。そして、感光体ドラム１ａの下部において、所定の転写電圧が印加された転写ローラ４ａで電界付与することにより、感光体ドラム１ａ上のシアンのトナー像が転写紙６上に転写される。その後、この転写紙６は次の画像形成部Ｐｂに搬送され、上記と同様に、今度は感光体ドラム１ｂによってマゼンタのトナー像が転写される。

以下、上述と同様の方法により、感光体ドラム１ｃ及び１ｄによってそれぞれイエロー及びブラックのトナー像が転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために転写紙６に対し予め定められた所定の位置関係をもって形成される。４ｂ、４ｃ及び４ｄは感光体ドラム１ｂ〜１ｄの下部に位置する転写ローラである。４色のトナー像が転写された転写紙６は、搬送ベルト８から離脱し、定着部７へと搬送される。また、トナー像が転写された後の感光体ドラム１ａ〜１ｄは、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、その表面に残留したトナーが各クリーニング部５ａ〜５ｄにより除去される。

搬送ベルト８から定着部７に搬送された転写紙６は、定着ローラ１８により加熱及び加圧されてトナー像が転写紙６の表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙６は、その後排出ローラ１９によって装置本体外に排出される。

このような画像形成装置では、良好な画像を形成するため露光装置の焦点を感光体ドラム上に正確に合わせておく必要がある。特に露光装置がＬＥＤヘッドの場合、焦点深度が非常に小さく、例えば解像度が６００ｄｐｉの画像形成装置では±５０μｍ程度であるため、これを部品の寸法精度で達成することは困難であった。従来、この焦点調整は露光装置を移動させることにより行うのが一般的であるが、合焦状態であるか否かは、感光体上に所定のテストパターンの露光を行い、これを現像して得られる画像を作業者がルーペ等を用いて観察し、エッジの立ち上がりや重なり、隣接パターンとの間隔等から判断していた。

図１１の画像形成部ＰａにおけるＬＥＤヘッド周辺の概略構成を図１２に示す。ＬＥＤヘッド１７ａと感光体ドラム１ａとの距離は調整用ネジ２０により調整される。即ち、作業者はＬＥＤヘッドが合焦状態となるまでテストパターン画像の出力及び調整用ネジ２０による調整を繰り返し行う必要があり、これは他のＬＥＤヘッド１７ｂ〜１７ｄについても同様である。しかし、このような焦点調整作業は作業効率も低く繁雑であった。

そこで、露光装置の焦点調整を効率良く且つ正確に行う方法が種々提案されており、例えば特許文献１には、露光装置の合焦状態が判りやすいテストパターン画像を出力し、出力画像の濃度が最小となる点を肉眼で観察して焦点調整を行う方法が開示されている。また、特許文献２には、テストパターン画像を多数のドットで構成し、その濃度のピーク位置を濃度検知手段を用いて判断し焦点調整を行う方法が開示されている。

しかしながら、人間の眼はなだらかな濃度変化を検知することが困難であり、特許文献１のような方法を用いても露光装置の焦点距離を正確に調整することは非常に困難な作業であった。また、特許文献２のように濃度検知手段を用いる場合であっても、焦点距離を正確に調整するためにはテストパターン画像の濃度変化を明瞭にしておく必要があった。
特開平７−２７０６７３号公報 特開平１０−１０４８９６号公報

本発明は、上記問題点に鑑み、露光装置の焦点調整を効率良く且つ正確に行うことのできる焦点調整方法及び該方法により焦点調整を行う画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、感光体と、該感光体を帯電させる帯電装置と、前記帯電装置により帯電された前記感光体表面に光照射を行い静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置と、前記露光装置と前記感光体との距離を調整する焦点調整手段と、を備えた画像形成装置に用いられ、前記焦点調整手段を用いて前記感光体上における前記露光装置の焦点を調整する露光装置の焦点調整方法において、前記露光装置は、前記露光装置が略合焦状態に近づくにつれて前記現像装置により現像されたトナー像が高濃度となる第１パターンと、前記露光装置が略合焦状態にないとき前記トナー像が前記第１パターンと同程度の濃度であり、且つ略合焦状態に近づくにつれて前記第１パターンとの濃度差が大きくなる第２パターンとを含む複数のテストパターンの静電潜像を前記感光体上に形成するとともに、前記焦点調整手段を用いて、前記現像装置により現像された前記第１パターン及び前記第２パターンの印刷濃度差が最大となる位置に前記露光装置を配置することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の焦点調整方法において、前記テストパターンは、前記焦点調整手段により前記露光装置と前記感光体との距離を段階的に変化させながら連続して形成されることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の焦点調整方法において、前記テストパターンは、少なくとも前記露光装置から前記感光体までの距離が同一である各段階においては隣接して形成されることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の焦点調整方法において、前記第１パターンは、略合焦状態のときにのみ現像可能なドットを含む複数種類のドットで構成されることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の焦点調整方法において、前記第１パターンは、略合焦状態のときにのみ現像可能なドットを前記第２パターンに追加して構成されることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の焦点調整方法を用いて露光装置の焦点調整を行う画像形成装置であって、前記第１パターン及び前記第２パターンの印刷濃度差を検知する検知手段を設けたことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記検知手段は、反射式検知センサであることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の焦点調整方法を用いて露光装置の焦点調整を行う画像形成装置であって、原稿画像を読み取るとともに、用紙上に転写された前記第１パターン及び前記第２パターンの印刷濃度差を検知可能な画像読取手段を備えたことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記焦点調整手段の動作を制御する制御手段を備え、前記第１パターン及び前記第２パターンの印刷濃度差に基づいて前記露光装置の焦点位置を自動調整することを特徴としている。

本発明の第１の構成によれば、露光装置が略合焦状態に近づくにつれて現像装置により現像されたトナー像が高濃度となる第１パターンと、露光装置が略合焦状態にないときトナー像が第１パターンと同程度の濃度であり、且つ略合焦状態に近づくにつれて第１パターンとの濃度差が大きくなる第２パターンの印刷濃度差が最大となる位置に露光装置を配置するため、露光装置が合焦状態であるか否かの判断を肉眼でも容易に行うことができ、正確な焦点調整が可能となるとともに焦点調整の作業効率も向上する

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の焦点調整方法において、焦点調整手段により露光装置と感光体との距離を段階的に変化させながらテストパターンを連続して形成することにより、焦点調整作業をより効率良く行うことができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第２の構成の焦点調整方法において、少なくとも露光装置から感光体までの距離が同一である各段階においてはテストパターンを隣接して形成することにより、テストパターンが転写されるベルト表面状態の変化による微小なノイズの影響を受にくくなり、正確な濃度差が検知できる。また、肉眼による判断の場合、濃度差の大小がより明確に判断可能となる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第１乃至第３のいずれかの構成の焦点調整方法において、第１パターンを略合焦状態のときにのみ現像可能なドットを含む複数種類のドットで構成することにより、露光装置が略合焦状態であるか否かにより第１パターンの濃度が明瞭に変化するため、焦点調整作業を正確且つ効率的に行うことができる。

また、本発明の第５の構成によれば、上記第４の構成の焦点調整方法において、略合焦状態のときにのみ現像可能なドットを第２パターンに追加して第１パターンを構成することにより、略合焦状態における第１パターンと第２パターンの濃度差が一層顕著なものとなり、より容易且つ確実な焦点調整が可能となる。

また、本発明の第６の構成によれば、上記第１乃至第５のいずれかの構成の焦点調整方法を用いて露光装置の焦点調整を行う画像形成装置において、第１パターン及び第２パターンの印刷濃度差を検知する検知手段を設けたことにより、露光装置の合焦状態を肉眼で判断する場合に比べて焦点調整作業がより正確且つ効率的となる画像形成装置を提供できる。

また、本発明の第７の構成によれば、上記第６の構成の画像形成装置において、検知手段を微妙な濃度差を検知できる反射式検知センサとしたことにより、第１パターン及び第２パターンの印刷濃度差が最大となる位置を一層正確に判断可能となる。

また、本発明の第８の構成によれば、上記第１乃至第５のいずれかの構成の焦点調整方法を用いて露光装置の焦点調整を行う画像形成装置において、原稿画像を読み取るスキャナ等の画像読取手段と、用紙上に転写されたテストパターンを読み取り第１パターン及び第２パターンの印刷濃度差を検知する検知手段とを兼用とすることにより、焦点調整のために別途検知手段を設ける必要がなくなり、部品点数の低減及び画像形成装置の低コスト化にも貢献する。

また、本発明の第９の構成によれば、上記第６乃至第８のいずれかの構成の画像形成装置において、焦点調整手段の動作を制御する制御手段を備え、第１パターン及び第２パターンの印刷濃度差に基づいて露光装置の焦点位置を自動調整することにより、手作業による焦点調整に比べ迅速且つ確実に焦点調整が可能な画像形成装置となる。

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す概略図である。従来例の図１１と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態においては、搬送ベルト８を駆動する駆動ローラ１１近傍に、搬送ベルト８上に形成されるテストパターン画像の印刷濃度を検知する検知手段２２が設けられている。

図２は、第１実施形態の画像形成装置の構成を示すブロック図である。図１と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。図２において、画像形成装置２１は、検知手段２２、焦点調整手段２３、画像読取手段２４、画像形成手段２５、制御手段２６、操作部２７及び記憶手段２８を備えている。以下、図１及び図２を参照しながら本実施形態の画像形成装置各部について詳述する。

検知手段２２は、後述する画像形成手段２５で形成されたテストパターン画像の濃度を検知する。検知手段２２としては、テストパターン画像の濃度差を正確に検知可能な高感度の光センサが使用され、特に、ＬＥＤ等から成る発光部とＣＣＤ素子等から成る受光部とを備え、発光部からのスポット光を対象物に照射し、対象物からの反射光を受光部で検知する反射式検知センサが好適である。反射式検知センサの動作原理は、光の正反射と乱反射の関係を利用したものであり、反射光に含まれるＰ波（Primary wave）とＳ波（Secondary wave）の割合によって対象物の濃度及び光沢を計測する。ＣＣＤ素子上に結像される光の量及び位置により画像を計測するラインセンサ等に比べ、より微妙な濃度差の測定が可能となる。なお、検知手段２２の配置は図１の位置に限られるものではなく、他の位置に配置してもよい。

焦点調整手段２３は、露光装置であるＬＥＤヘッド１７ａ〜１７ｄと感光体ドラム１ａ〜１ｄとの距離を変化させることによりＬＥＤヘッド１７ａ〜１７ｄの焦点距離の調整を行う。なお、ここでは焦点調整手段２３は、調整用ネジ２０（図１２参照）及び図示しない駆動手段から構成されているものとする。駆動手段としては、従来公知の各種モータ類が使用可能であるが、例えば一定周期の駆動波形で駆動することにより容易に駆動量の管理が可能なステッピングモータを用いることにより、調整用ネジ２０の調整量を容易且つ確実に制御可能となる。

画像読取手段２４は、写真やイラスト等の原稿画像を読み取るスキャナ等から成る。画像形成手段２５は、図１の画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ、転写ローラ４ａ〜４ｄ、定着部７等から構成され、画像読取手段２４により読み取られた原稿画像データに基づいて転写紙上に画像形成を行う。また、画像形成手段２５は搬送ベルト８上へのテストパターン画像形成も行う。

制御手段２６は、テストパターン画像形成時における焦点調整手段２３の動作を制御するとともに、検知手段２２により検知されたテストパターン画像の濃度に基づいて焦点調整手段２３を駆動させ、ＬＥＤヘッドの焦点位置の調整を行う。また、制御手段２６は操作部２７からの信号に基づき画像読取手段２４、画像形成手段２５等の画像形成装置各部の動作も制御する。操作部２７は、ユーザが装置の機能や印刷条件等の設定を行う操作キーと、設定条件や装置の状態等を表示する表示部（いずれも図示せず）とから構成される。記憶手段２８は、制御手段２６により用いられる画像形成装置各部の制御プログラムを記憶する他、ＬＥＤヘッドの焦点位置調整のために形成されるテストパターン画像のデータも記憶される。

ＬＥＤヘッドの焦点調整に用いるテストパターンの一例を図３に示す。本発明においては、二種類のテストパターンを形成し、双方のテストパターンの濃度差により正確な焦点位置を決定する点を特徴とするものである。図３（ａ）は１ドット部分３０ａ及び３ドット部分３０ｂから構成されたテストパターン（以下、第１パターンという）３０、図３（ｂ）は第１パターンの３ドット部分３０ｂのみから成るテストパターン（以下、第２パターンという）３１である。ここで、第１パターン３０の１ドット部分３０ａは、ＬＥＤヘッドが略合焦状態のときのみ現像されるレベルとなっており、そのレベルは露光光量や発光時間により調整される。

図４は、図３に示すテストパターンの１ドット部分３０ａにおけるドット径と露光エネルギーとの関係を示すグラフである。ＬＥＤヘッドが略合焦状態の場合、図４（ａ）に示すように露光エネルギーＥは現像開始閾値Ｄを超えているためドットとして現像される。一方、ＬＥＤヘッドの焦点が感光体ドラム上からずれている場合、ドット径が大きくなり、図４（ｂ）に示すように露光エネルギーＥは現像開始閾値Ｄより低下するため全く現像されなくなる。

図５は、図３に示すテストパターンの３ドット部分３０ｂにおけるドット径と露光エネルギーとの関係を示すグラフである。３ドット部分３０ｂにおいては、図５（ｂ）に示すように、ＬＥＤヘッドの焦点が感光体ドラム上からずれている場合であっても露光エネルギーＥは現像開始閾値Ｄを超えているため、ＬＥＤヘッドが略合焦状態であるか否かに係わらずドットとして現像される。

従って、第１パターン３０及び第２パターン３１をテストパターンとして用いた場合、ＬＥＤヘッドの焦点が感光体ドラム上からずれている場合は、第１パターン３０の１ドット部分３０ａが現像されないため、第１パターン３０及び第２パターン３１の３ドット部分３０ｂのみが現像され、両パターンは同じ濃度として検知される。そして、合焦位置に近づくにつれて１ドット部分３０ａの露光エネルギーＥのピークが上昇し、現像開始閾値Ｄを超えてドットとして現像されるようになるため、第１パターン３０の濃度が濃くなり、第２パターン３１との濃度差が急に大きくなる。

特に、第１パターン３０及び第２パターン３１を隣接して形成しておけば、両パターンの濃度差が明確となり合焦状態をより正確に判断することができる。なお、第１パターン３０及び第２パターン３１は、上述した原理によりＬＥＤヘッドが合焦状態にあるとき濃度差が最大となるものであれば図３に示したパターンに限られるものではなく、例えば異なる大きさのドットを３種類以上含むものであってもよい。

実際の焦点調整方法としては、ＬＥＤヘッドを合焦位置から外れた位置に配置しておき、焦点調整手段２３により合焦方向に所定量ずつ順次移動させる毎に第１パターン３０及び第２パターン３１から成る二種類のテストパターン画像の形成を行う。次に、検知手段２２により検知されたテストパターン画像の濃度データを制御手段２６に送信する。制御手段２６は送信されたデータに基づきＬＥＤヘッドの位置毎の第１パターン３０及び第２パターン３１の濃度差を判断する。そして濃度差が最大となった位置をＬＥＤヘッドの合焦位置とする。これにより、ＬＥＤヘッドの焦点位置を自動調整することが可能となる。

なお、本実施形態では検知手段２２によりテストパターン画像の濃度を検知することとしたが、本発明の二種類のテストパターン画像を用いることにより、肉眼においても濃度差を明確に判断することができるため、検知手段２２を用いずに目視により合焦状態を判定する構成としてもよい。また、ここでは制御手段２６により焦点調整手段２３の動作を自動制御しているが、テストパターン画像の濃度差に応じてＬＥＤヘッドの位置を手動で調整することもできる。例えば焦点調整手段２３が図１２のような調整用ネジ２０である場合、調整用ネジ２０をドライバー等により所定量回転させて、ＬＥＤヘッドの合焦位置、即ち検知手段２２或いは目視による観察で二種類のテストパターンの濃度差が最大となる位置に露光装置を配置する。

また、第１パターン３０及び第２パターン３１以外のパターンを含む三種類以上のテストパターンを形成することもできる。例えば、１ドット部分３０ａよりも焦点がずれた状態で現像開始閾値Ｄを超えるようなドット部分を含む第３パターンを同時に形成しておくことにより、ＬＥＤヘッドの大まかな合焦位置を第３パターンの濃度変化に基づいて手早く把握することができる。

テストパターン画像を形成する様子を図６に示す。ここでは説明の便宜のため、イエロー画像を形成するＬＥＤヘッド１７ｃ及び感光体ドラム１ｃについてのみ記載し、他は記載を省略しているが、ＬＥＤヘッド１７ａ、１７ｂ、１７ｄ及び感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｄについても全く同様に説明される。図６において、ＬＥＤヘッド１７ｃは、両端部に設けられた焦点調整手段２３（図示せず）により感光体ドラム１ｃの表面までの距離を順次変化させながら感光体ドラム１ｃ上を露光し、感光体ドラム１ｃ表面にテストパターンの静電潜像を形成する。

形成された静電潜像は現像装置３ｃ（図１参照）によりトナー像に現像され、転写ローラ４ｃにより搬送ベルト８上に転写されて図３に示したような第１パターン３０及び第２パターン３１を形成する。搬送ベルト８は表面が平滑且つ均一であるため、トナー画像が積層された際の光の散乱及び反射が明確となり、特に検知手段として反射式検知センサを用いた場合の濃度検知が容易となる。このため、テストパターン画像は通常図６のように搬送ベルト８上に直接形成される。

なお、テストパターン画像は搬送ベルト８上の他の位置に形成することも可能であるが、ＬＥＤヘッドの焦点位置調整は通常両端部において行われるため、この例のように焦点調整手段２３の設けられた搬送ベルト８の両端部近傍に形成することが好ましい。また、搬送ベルト８上でのテストパターン画像形成位置が離れると、ベルト表面状態の変化による微小なノイズの影響を受けやすくなり、正確な濃度差が検知できないおそれが生じる。そのため、各焦点位置において形成される第１パターン３０及び第２パターン３１はなるべく近づけて形成するのが望ましく、隣接して形成するのがより好ましい。検知手段２２による濃度検知が終了した後、テストパターン画像は所定のクリーニング方法により搬送ベルト８上から除去される。

図７は、本発明の第２実施形態に係る画像形成装置の構成を示すブロック図である。図２と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態においては、検知手段２２を設けずに、転写紙上に出力されたテストパターン画像の濃度を画像読取手段２４により読み取る構成としている。これにより、検知手段を別途設けずに画像読取手段２４と兼用することができ、画像形成装置の構造の簡素化及び低コスト化にも貢献する。

画像読取手段によりテストパターン画像の濃度を検知する様子を図８に示す。図８（ａ）は転写紙上に出力されたテストパターン画像を画像読取手段２４上に載置した状態を示す平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の矢印Ａ方向から見た側面図である。画像読取手段２４のコンタクトガラス３２上には、複数の第１パターン３０及び第２パターン３１が転写された転写紙６が転写面（画像面）を下向きにして載置されている。

この状態で図示しない原稿押さえ（プラテン）を閉じ、通常の原稿画像読み取りと同様の操作を行うことにより、ＬＥＤヘッドの焦点位置を変化させて段階的に形成された第１パターン３０及び第２パターン３１の濃度差を検知し、濃度差が最大となるＬＥＤヘッドの焦点位置を決定する。そして、焦点調整手段２３によりＬＥＤヘッドを決定された位置に移動させて合焦位置に調整する。

３３は、転写紙６上に形成されたテストパターン画像とＬＥＤヘッドの焦点位置との位置関係を決定する位置決めパッチであり、例えばＬＥＤヘッドが初期位置にあるときのテストパターン画像と同時に形成される。これにより、濃度差が最大となるテストパターン画像が初期位置から何番目の位置にあるかを容易に判断することができ、ＬＥＤヘッドの合焦位置を迅速且つ確実に決定できる。また、例えばタンデム式のカラー画像形成装置の場合、この位置決めパッチ３３を色毎に異なる個数或いは形状としておけば、焦点調整が行われるＬＥＤヘッドの誤認のおそれがなくなる。

次に、本発明の画像形成装置の動作について説明する。図９は、第１実施形態の画像形成装置におけるＬＥＤヘッドの焦点調整手順を示すフローチャートである。図１、図２を参照しながら、図９のステップに従いＬＥＤヘッドの焦点位置調整操作について説明する。なお、ここではシアン画像を形成するＬＥＤヘッド１７ａについて焦点位置調整を行うことととするが、ＬＥＤヘッド１７ｃ〜１７ｄについても全く同様に説明される。この操作手順では、操作部２７の操作によりＬＥＤヘッド１７ａの焦点調整モードが選択されると、先ず、焦点調整手段２３によりＬＥＤヘッド１７ａを初期位置ｚ０に移動する（ステップＳ１）。初期位置ｚ０は、通常ＬＥＤヘッド１７ａが感光体ドラム１ａから最も離れた位置、或いは感光体ドラム１ａに最も接近した位置に設定される。

次に、焦点調整手段２３によりＬＥＤヘッド１７ａの位置をｚ０から所定量ｎΔｚだけ合焦方向に移動させたｚｎとする（ステップＳ２）。ここで、合焦方向は初期位置ｚ０を感光体ドラム１ａから最も離れた位置としたときはＬＥＤヘッド１７ａが感光体ドラム１ａに近づく方向となり、感光体ドラム１ａに最も接近した位置としたときはＬＥＤヘッド１７ａが感光体ドラム１ａから遠ざかる方向となる。

また、ｎは０以上の整数であるため、以下のステップにおいてＬＥＤヘッド１７ａの初期位置はｚ０となり、ｚ０の次に移動するＬＥＤヘッド１７ａの位置はｚ０からΔｚだけ移動したｚ１となる。そして、ＬＥＤヘッド１７ａで感光体ドラム１ａを露光して感光体ドラム１ａ上に第１パターン３０及び第２パターン３１から成る二種類のテストパターン画像の潜像を形成する（ステップＳ３）。さらに、形成された潜像を現像装置３ａによりトナー像に現像し（ステップＳ４）、転写ローラ４ａにより搬送ベルト８上にテストパターン画像が転写される（ステップＳ５）。

次いで、搬送ベルト８上の第１パターン３０及び第２パターン３１の濃度差ｃｎが検知手段２２により検知され（ステップＳ６）、制御手段２６に送信される。制御手段２６は、送信されてきた濃度差ｃｎを１つ前に検知された濃度差ｃｎ−１と比較し、ｃｎ−１がｃｎよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ７）。なお、ｎ＝０の場合、１つ前に検知された濃度差は存在しないため判断は行われない。

ｃｎが最大となるＬＥＤヘッド１７ａの合焦位置は、初期位置ｚ０から最大移動位置ｚｍａｘまでの間に必ず１箇所存在するため、ステップＳ７においてｃｎ−１＞ｃｎと判断された場合は、ｃｎ−１が最大濃度差となる。一方、ステップＳ７においてｃｎ−１≦ｃｎと判断された場合は、この時点でｃｎが最大濃度差であると判断できないため、次にＬＥＤヘッド１７ａの位置ｚｎが最大移動位置ｚｍａｘであるか否かが判断され（ステップＳ８）、ｚｎ＜ｚｍａｘであるときはステップＳ２に戻り、ＬＥＤヘッド１７ａをさらにΔｚだけ合焦方向に移動させてテストパターン画像形成、濃度差検知を繰り返す（ステップＳ３〜Ｓ７）。

ステップＳ８においてｚｎ＝ｚｍａｘであり、何らかの原因によりＬＥＤヘッド１７ａが最大移動位置ｚｍａｘに到達するまでに合焦位置を決定できなかったときは、ステップＳ１に戻り再度ＬＥＤヘッド１７ａを初期位置ｚ０に移動させ、上述した処理を繰り返す（ステップＳ２〜Ｓ７）。

ステップＳ７においてｃｎ−１が最大濃度差と判断された場合は、ｚｎ−１がＬＥＤヘッド１７ａの合焦位置として決定される（ステップＳ９）。そして、焦点調整手段２３によりＬＥＤヘッド１７ａをｚｎ−１の位置まで移動させる（ステップＳ１０）。最後に、搬送ベルト８上のテストパターン画像がクリーニング手段により除去され（ステップＳ１１）、処理を終了する。

ＬＥＤヘッド１７ａの移動量Δｚを小さくするほど焦点位置調整の精度は高くなる反面、焦点調整に要する時間は長くなるため、Δｚは焦点位置調整に要求される精度やＬＥＤヘッド１７ａから感光体ドラム１ａまでの最大距離等に応じて適宜設定される。また、ここでは濃度差検知及び焦点位置調整を自動で行う場合について説明したが、濃度差検知及び焦点位置調整のいずれか一方、若しくは両方を作業者により目視或いは手動で行う構成としてもよい。

図１０は、本発明の画像形成装置におけるＬＥＤヘッドの焦点調整手順の他の例を示すフローチャートである。この例では、画像読取手段によりテストパターン画像の濃度差を検知する第２実施形態の画像形成装置を用いて焦点調整操作を行うものとし、図７、図８を参照しながら、図１０のステップに従いＬＥＤヘッドの焦点位置調整操作について説明する。なお、ここでも図９と同様に、シアン画像を形成するＬＥＤヘッド１７ａについて焦点位置調整を行うものとする。

この操作手順では、ステップＳ１〜Ｓ４までは図９の手順と同様である。即ち、ＬＥＤヘッド１７ａの焦点調整モードが選択されると、先ず、焦点調整手段２３によりＬＥＤヘッド１７ａが初期位置ｚ０に移動し（ステップＳ１）、次にＬＥＤヘッド１７ａの位置をｚ０から所定量ｎΔｚだけ合焦方向に移動させたｚｎとする（ステップＳ２）。そして、ＬＥＤヘッド１７ａで感光体ドラム１ａを露光して感光体ドラム１ａ上に第１パターン３０及び第２パターン３１から成る二種類のテストパターン画像の潜像を形成し（ステップＳ３）、形成された潜像を現像装置３ａによりトナー像に現像される（ステップＳ４）。

現像されたテストパターン画像は、転写ローラ４ａにより搬送ベルト８ではなく転写紙６上に転写される（ステップＳ５）。次いで、ＬＥＤヘッド１７ａの位置ｚｎが最大移動位置ｚｍａｘであるか否かが判断され（ステップＳ６）、ｚｎ＜ｚｍａｘである場合はステップＳ２に戻り、ｚｎがｚｍａｘに到達するまで上記動作を繰り返す（ステップＳ２〜Ｓ５）。ステップＳ６においてｚｎ＝ｚｍａｘである場合は、ＬＥＤヘッド１７ａはｚｍａｘにあるため次のステップへ進む。これにより、ｚ０からｚｍａｘまでの各段階における第１パターン３０及び第２パターン３１の画像が転写紙６上に形成される。

次に、テストパターン画像が形成された転写紙を画像読取手段２４上に載置し、図８に示したような方法で各段階における二種類のテストパターン画像の濃度差を検知する（ステップＳ７）。そして、濃度差が最大となる段階を合焦位置として決定する（ステップＳ８）。最後に、焦点調整手段２３によりＬＥＤヘッド１７ａを合焦位置まで移動させ（ステップＳ１０）、処理を終了する。

ＬＥＤヘッド１７ａの移動量Δｚは、図９の場合と同様に焦点位置調整に要求される精度やＬＥＤヘッド１７ａから感光体ドラム１ａまでの最大距離等に応じて適宜設定される。例えばＬＥＤヘッド１７ａから感光体ドラム１ａまでの最大距離が４ｍｍであるとき、テストパターン画像を５段階に形成する場合はΔｚ＝０．８ｍｍとなり、１０段階に形成する場合はΔｚ＝０．４ｍｍとなる。

また、図１０に示した焦点調整手順を第１実施形態の画像形成装置に適用することもできる。その場合、ステップＳ５においてテストパターン画像は搬送ベルト８上に転写されることとなり、ＬＥＤヘッド１７ａを合焦位置まで移動させるステップＳ１０の後にテストパターン画像の除去動作（図９のステップＳ１１）を行うこととなる。なお、図９の場合と同様に濃度差検知及び焦点位置調整のいずれか一方、若しくは両方を作業者により目視或いは手動で行うことも可能である。

上述したＬＥＤヘッドの焦点調整動作は、画像形成装置の組立て作業時に作業者により行われる他、ユーザの元での装置の設置時や移動時においてＬＥＤヘッドの焦点再調整が必要となった場合、或いはＬＥＤヘッド交換時等に実施することができる。

上記実施形態においては、焦点調整される露光装置の例としてＬＥＤヘッドについてのみ説明したが、電子写真方式の画像形成装置に用いられる他の露光装置にも適用可能であり、焦点調整手段も調整用ネジを用いて露光装置を直接移動させる方法の他、露光装置と感光体ドラムとの間に配置されたミラー等の光学部材の位置関係を調整することにより光路長を変化させてもよい。また、画像形成装置としてはタンデム式のカラー複写機についてのみ説明したが、本発明は、デジタル複写機やアナログ方式のモノクロ複写機等、他のタイプの複写機にも適用できるのはもちろんである。

本発明は、感光体と、該感光体を帯電させる帯電装置と、帯電装置により帯電された感光体表面に光照射を行い静電潜像を形成する露光装置と、静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置と、露光装置と感光体との距離を調整する焦点調整手段と、を備えた画像形成装置に用いられ、焦点調整手段を用いて感光体上における露光装置の焦点を調整する露光装置の焦点調整方法において、露光装置は、露光装置が略合焦状態に近づくにつれて現像装置により現像されたトナー像が高濃度となる第１パターンと、露光装置が略合焦状態にないときトナー像が第１パターンと同程度の濃度であり、且つ略合焦状態に近づくにつれて第１パターンとの濃度差が大きくなる第２パターンとを含む複数のテストパターンの静電潜像を感光体上に形成するとともに、前記焦点調整手段を用いて、現像装置により現像された第１パターン及び第２パターンの印刷濃度差が最大となる位置に露光装置を配置することとする。

これにより、装置組立て時の露光装置の焦点調整作業において、作業者は露光装置が合焦状態であるか否かの判断を、ルーペ等を用いることなく肉眼でも容易に行うことができ、特に焦点深度が小さく調整が困難なＬＥＤヘッドの場合においても、従来に比べ正確な焦点調整が可能となるとともに作業効率も向上する。また、装置の設置時、移動時やＬＥＤヘッド交換時における焦点の再調整作業も容易となり、出力画像の高画質化にも寄与する。

また、露光装置の焦点位置を段階的に変化させながらテストパターンを連続して形成することにより、焦点調整作業をより効率良く行うことができ、さらにテストパターンを隣接して形成することにより、テストパターンが転写されるベルト表面状態の変化による微小なノイズの影響を受にくくなり、正確な濃度差が検知できるとともに、肉眼による判断の場合、濃度差の大小がより明確に判断可能となる。

また、第１パターンを、略合焦状態のときにのみ現像可能なドットを含む複数種類のドットで構成したことにより、露光装置の焦点位置に応じて第１パターンの濃度が明瞭に変化するため、焦点調整作業を正確且つ効率的に行うことができる。さらに、略合焦状態のときにのみ現像可能なドットを第２パターンに追加して第１パターンを構成すれば、略合焦状態における第１パターンと第２パターンの濃度差が一層顕著となる。

また、検知手段を設けて第１パターン及び第２パターンの印刷濃度差を自動検知することにより、露光装置の合焦状態を肉眼で判断する場合に比べて焦点調整作業が一層正確且つ効率的な画像形成装置となる。また、スキャナ等の画像読取手段に検知手段を兼用させることにより、別途検知手段を設ける必要がなくなり、部品点数の低減及び画像形成装置の低コスト化にも貢献する。

また、焦点調整手段の動作を制御する制御手段を備え、焦点調整手段及び制御手段により第１パターン及び第２パターンの印刷濃度差に基づいて露光装置の焦点位置を自動調整することにより、手作業による焦点調整に比べ迅速且つ確実な焦点調整が可能な画像形成装置とすることができる。

は、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す概略図である。 は、第１実施形態の画像形成装置の構成を示すブロック図である。 は、ＬＥＤヘッドの焦点調整に用いるテストパターンの一例を示す図である。 は、図３に示すテストパターンの１ドット部分におけるドット径と露光エネルギーとの関係を示すグラフである。 は、図３に示すテストパターンの３ドット部分におけるドット径と露光エネルギーとの関係を示すグラフである。 は、テストパターン画像が形成される様子を示す斜視図である。 は、本発明の第２実施形態に係る画像形成装置の構成を示すブロック図である。 は、第２実施形態に係る画像形成装置においてテストパターン画像の濃度を検知する様子を示す平面図及び側面図である。 は、本発明の画像形成装置におけるＬＥＤヘッドの焦点調整手順を示すフローチャートである。 は、本発明の画像形成装置におけるＬＥＤヘッドの焦点調整手順の他の例を示すフローチャートである。 は、従来の画像形成装置の全体構成を示す概略図である。 は、ＬＥＤヘッド周辺の構成を示す概略図である。

符号の説明

Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部
１ａ〜１ｄ 感光体ドラム
２ａ〜２ｄ 帯電装置
３ａ〜３ｄ 現像装置
４ａ〜４ｄ 転写ローラ
６ 転写紙
７ 定着部
８ 搬送ベルト
１１ 駆動ローラ
１７ａ〜１７ｄ ＬＥＤヘッド
２０ 調整用ネジ
２２ 検知手段
２３ 焦点調整手段
２４ 画像読取手段
２５ 画像形成手段
２６ 制御手段
３０ 第１パターン
３１ 第２パターン

Claims (9)

1. 感光体と、該感光体を帯電させる帯電装置と、前記帯電装置により帯電された前記感光体表面に光照射を行い静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置と、前記露光装置と前記感光体との距離を調整する焦点調整手段と、を備えた画像形成装置に用いられ、
   前記焦点調整手段を用いて前記感光体上における前記露光装置の焦点を調整する露光装置の焦点調整方法において、
   前記露光装置は、前記露光装置が略合焦状態に近づくにつれて前記現像装置により現像されたトナー像が高濃度となる第１パターンと、前記露光装置が略合焦状態にないとき前記トナー像が前記第１パターンと同程度の濃度であり、且つ略合焦状態に近づくにつれて前記第１パターンとの濃度差が大きくなる第２パターンとを含む複数のテストパターンの静電潜像を前記感光体上に形成するとともに、
   前記焦点調整手段を用いて、前記現像装置により現像された前記第１パターン及び前記第２パターンの印刷濃度差が最大となる位置に前記露光装置を配置することを特徴とする露光装置の焦点調整方法。
2. 前記テストパターンは、前記焦点調整手段により前記露光装置と前記感光体との距離を段階的に変化させながら連続して形成されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置の焦点調整方法。
3. 前記テストパターンは、少なくとも前記露光装置から前記感光体までの距離が同一である各段階においては隣接して形成されることを特徴とする請求項２に記載の露光装置の焦点調整方法。
4. 前記第１パターンは、略合焦状態のときにのみ現像可能なドットを含む複数種類のドットで構成されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の露光装置の焦点調整方法。
5. 前記第１パターンは、略合焦状態のときにのみ現像可能なドットを前記第２パターンに追加して構成されることを特徴とする請求項４に記載の露光装置の焦点調整方法。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の焦点調整方法を用いて露光装置の焦点調整を行う画像形成装置であって、
   前記第１パターン及び前記第２パターンの印刷濃度差を検知する検知手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
7. 前記検知手段は、反射式検知センサであることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
8. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の焦点調整方法を用いて露光装置の焦点調整を行う画像形成装置であって、
   原稿画像を読み取るとともに、用紙上に転写された前記第１パターン及び前記第２パターンの印刷濃度差を検知可能な画像読取手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
9. 前記焦点調整手段の動作を制御する制御手段を備え、前記第１パターン及び前記第２パターンの印刷濃度差に基づいて前記露光装置の焦点位置を自動調整することを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれかに記載の画像形成装置。

Images