JP4717189B2

JP4717189B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4717189B2
Application number: JP2000241783A
Authority: JP
Inventors: 秀和下村; 賢西村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2020-08-09
Also published as: JP2002055497A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像形成装置に関し、例えば画像形成部（画像形成手段）が、複数併設された電子写真複写機、レーザービームプリンター、カラープリンタ、印刷装置等で多色画像（カラー画像）を得るカラー画像形成装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の多色の画像を得る為の画像形成装置は、一般に複数の画像形成部において異なった色の画像を形成し、例えば搬送ベルトのごとき搬送手段によって紙を搬送し、この紙上に画像を重ねて転写し多色の画像形成を行っていた。特に多色の現像を行ないフルカラー画像を得る場合は、わずかな重なりずれでも悪化させる。たとえば４００ｄｐｉであれば、１画素６３．５μｍの数分の１の重なりずれでさえ、色ずれや色見ずれの変化として現れ画像を著しく悪化させる。
【０００３】
従来は、単一の画像形成部、つまり、同一の走査レンズ系を用いて多色現像を行ない、即ち同じ光学特性で光走査して画像の重なりずれを緩和していた。
しかしながら、この方法では多重画像やフルカラーを出力するのに時間がかかるという問題があった。
【０００４】
この問題を解決するために、各色の画像を別々に得るために別々の光走査装置で画像を形成し、搬送部によって送られる紙上で各色の画像を重ね合わせるという方法がある。しかし、この方法で懸念されることとしては、画像を重ね合わせるときの色ずれである。
【０００５】
図９は、この色ずれを検出する為の画像検知装置の説明図である。
【０００６】
図９では中間転写ベルトである記録部材１０８上に描写された位置検出用パターン（画像）１０６を光源手段１０１の発光部１０１ａから放射された光束を集光部１０１ｂと照明レンズ１０４で集光し、防塵ガラス１０７を介して照明している。
【０００７】
位置検出パターン１０６で正反射した正反射光を防塵ガラス１０７、絞り１０５、結像レンズ１０２を介して受光手段１０３で検出している。
【０００８】
受光手段１０３で検出された検出信号に従い各色の画像を出力すべく画像形成部（画像形成手段）を制御している。
【０００９】
図２は画像形成装置における色ずれの状態を示す説明図である。
【００１０】
図２において７は本来の画像位置を、８（８ａ〜８ｂ）は色ずれが発生している場合の画像位置（画像範囲）を示す。又、（ａ）（ｂ）（ｃ）は主走査方向（Ｙ方向）に色ずれがある場合であるが、説明の為、２つの線を搬送方向（副走査方向、とＸ方向）に離して描いてある。（ａ）は主走査線の傾きずれを示し、光学部材と感光ドラムとの間に傾きがある場合等に発生する。例えば、光学部材や感光ドラムの位置や、レンズの位置を調整することによって矢印方向に修正する。（ｂ）は主走査線幅のバラツキによる色ずれを示し、光学部材と感光ドラム間の距離の違い等によって発生する。光学部材がレーザースキャナの場合に発生し易い。例えば、画像周波数を微調整（走査幅が長い場合は、周波数を速くする。）して、走査線の長さ変えることによって矢印方向に修正する。（ｃ）は主走査方向の書出し位置誤差を示す。例えば、光学部材がレーザススキャナであれば、ビーム検出位置からの書出しタイミングを調整することによって矢印方向に修正する。（ｄ）は用紙搬送方向（Ｘ方向）の書出し位置誤差を示す。例えば、用紙先端検出からの各色の書出しタイミングを調整することによって矢印方向に修正する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図９に示す画像検知装置では光源であるＬＥＤ１０１からの光束を集光する照明レンズ１０４、及び記録部材である中間転写ベルト１０４より飛散するトナーから画像検知装置を保護する防塵ガラス１０７などを持つため部品点数が多く、また照明レンズ１０４と結像レンズ１０２ともにガラスでできているため、製造コストが高かった。
【００１２】
また、中間転写ベルト１０４からの正反射光を検出して画像１０６を読み取るため、レンズの光軸を中間転写ベルト１０４に垂直な軸（面法線）に対して傾斜して配置しなければならなく、複雑なメカ構成を必要としていた。
【００１３】
更に、読取り精度を上げようとするならば、ＬＥＤ１０１の発光点１０１ａからの光束を有効に検出用パターン１０６へ導き、且つそこで正反射された光束を結像レンズ１０２の瞳１０５へ入射させなくてはならない。従来はＬＥＤ１０１の外形部を基準に、照明レンズ１０４を配置していたが、ＬＥＤ１０１の発光部１０１ａはその外形部に対してバラツキが大きく、ＬＥＤの製造誤差によっては受光手段１０３で十分な光量が得られず、目標性能を満足する事ができないものが発生していた。
【００１４】
本発明は各色の画像（位置検出用パターン）を検出し、これにより画像形成部を制御して多色現像を行ない画像を重ね合わせてカラー画像を得るとき、画像（位置検出パターン）検出用の画像検知装置の構成を適切に設定することにより、画像（位置検出パターン）の検出を高精度に行ない高品質のカラー画像が容易に得られる画像形成装置の提供を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の画像形成装置は、記録部材と、前記記録部材を搬送する搬送手段と、画像を前記記録部材上に形成する画像形成手段と、光源手段及び前記光源手段から出射された光束を前記記録部材上に照射させる照明レンズ及び前記記録部材上の画像を受光手段上に結像させる結像レンズを備えた画像検知装置と、を有する電子写真プロセスを用いた画像形成装置であって、
前記照明レンズと前記結像レンズは、同一の樹脂材料で一体成形された光学素子であり、かつ、
前記光学素子の記録部材側の面が平面であり、かつ、
前記照明レンズの光源手段側のレンズ面は、回転対称非球面であり、かつ、前記結像レンズの受光手段側のレンズ面は、回転対称非球面であり、
副走査断面内において、前記照明レンズの回転対称非球面の光軸と前記結像レンズの回転対称非球面の光軸は、前記記録部材の面法線に対して対向して同じ角度で傾斜していることを特徴としている。
【００１６】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記受光手段は、前記記録部材上に形成された画像の濃度を検出していることを特徴としている。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の画像形成装置をデジタルフルカラー複写機に適用したときの実施形態１の要部概略図である。
【００３０】
まず図１のデジタルフルカラー複写機の構成及び作用いついて説明する。
【００３１】
図中、８０は原稿読取部であり、原稿ガラス台８６上に載置されたカラー画像の画像情報をミラー８３，８４，８５，読取レンズ８２によってＣＣＤ等の読取手段面８１上に形成して読取っている。そして読取手段８１からのカラー画像情報をフルカラー画像形成部１０に入力している。
【００３２】
フルカラー画像形成部１０には第１〜第４の４つの画像ステーション（画像形成部（画像形成手段）Ｐａ〜Ｐｄ）が配置され、各画像形成ステーション（Ｐａ〜Ｐｄ）は像担持体として感光ドラム（２ａ〜２ｄ）を有する。また、その周りには専用の帯電手段（３ａ〜３ｄ）、画像情報に応じた光束を感光ドラム面上に照射するための走査光学装置（１ａ〜１ｄ）、現像手段（５ａ〜５ｄ）、ドラムクリーニング手段（４ａ〜４ｄ）、そして転写手段（６ａ〜６ｄ）等が各々配置されている。
【００３３】
５１ａ〜５１ｄは各々現像剤容器であり、各現像手段（５ａ〜５ｄ）に各々対応しており、走査光学装置（１ａ〜１ｄ）の水平部の直下で、かつ垂直部に並んで設けられており、円柱形状の現像剤カートリッジを着脱することにより現像剤の補給を行うものである。ここで画像形成ステーション（Ｐａ〜Ｐｄ）は各々シアン画像、マゼンダ画像、イエロー画像、ブラック画像を形成するところである。
【００３４】
一方、各画像形成ステーションは（Ｐａ〜Ｐｄ）を通過する態様で感光ドラム（２ａ〜２ｄ）の下方に無端ベルト状の中間転写ベルト（記録部材）６１が配置され、その中間転写ベルト６１は駆動ローラ６２と従動ローラ６３及び６５に張架され、さらにその表面を清掃するクリーニング手段６４が設けられている。
【００３５】
本実施例における走査光学装置（１ａ〜１ｄ）は光源手段としての半導体レーザ、該半導体レーザから出射した光束をポリゴンミラーに導光する入射光学手段、該ポリゴンミラーで偏向された光束を像担持体としての感光ドラム（２ａ〜２ｄ）面上に結像させるトーリックレンズと球面レンズ、非球面レンズ等の光学素子とを有する結像手段、該トーリックレンズと光学素子との間に設けた反射部材としての反射ミラー、そしてそれらの光学要素を一体的に収容する収容手段を有している。
【００３６】
このような構成において、まず第1の画像形成ステーションＰａの帯電手段３ａ、走査光学装置１ａによる露光等の公知の電子写真プロセス手段により感光ドラム２ａ面上に画像情報のシアン成分の潜像を形成した後、該潜像は現像手段５ａでシアントナーを有する現像剤によりシアントナー像として可視像化され転写手段６ａでシアントナー像が中間転写ベルト６１の表面に転写される。
【００３７】
一方、上記シアントナー像が中間転写ベルト６１上に転写されている間に第２の画像形成ステーションＰｂではマゼンダ成分色の潜像が形成され、続いて現像手段５ｂでマゼンタトナーによるトナー像が得られ、先の第１の画像形成ステーションＰａで転写が終了した中間転写ベルト６１に転写手段６ｂにて精度よくマゼンタトナー像が重ねて転写される。
【００３８】
以下、イエロー像、ブラック像、についても同様な方法で画像形成が行われ、中間転写ベルト６１に４色のトナー像の重ね合わせが終了すると、中間転写ベルト６１上の4色トナー像は２次転写ローラ６６にて、給紙カセット７０内にあって給紙ローラ７１及び搬送ローラ対７２、レジストローラ対７３によりタイミングを合わせて搬送されたシート材Ｓ上に再び転写（２次転写）される。そして２次転写が終了したシート材Ｓは定着ローラ対７４で転写されたトナー像が加熱定着され、シート材Ｓにフルカラー画像が得られる。そしてフルカラー画像が形成されたシート材Ｓはローラ７５，７６を介してトレー７７に送られる。
【００３９】
尚、転写が終了した各々の感光ドラム（２ａ〜２ｄ）はクリーニング手段（４ａ〜４ｄ）で各感光ドラム（２ａ〜２ｄ）から残留トナーが除去され、引き続き行われる像形成に備えられる。
【００４０】
６９は画像検知装置である。同図において中間転写ベルト６１の奥側、中央、手前側の３ヶ所又は奥側と手前の２ヶ所に同構成の画像検知装置が各々配置されている。
【００４１】
尚、中間転写ベルト６１の面は鏡面（鏡面反射面）に近い状態となっている。
【００４２】
本実施形態では、画像形成のプロセスを行う前に、各画像形成部Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄは中間転写ベルト６１上にそれぞれ４つの画像形成部Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄに対応した画像としての位置検出用マーク（パターン）６９ａを形成する。
【００４３】
即ち全体として各々４つの画像が形成されている。
以下は簡単のために位置検出マークは左右１つとして取扱う。
【００４４】
画像検知装置６９は、上述した画像形成部のプロセスを実行するに先立って各感光ドラム２ａ〜２ｄの非画像形成領域に形成され、そして中間転写ベルト６１の搬送方向に転写された画像の６９ａの位置情報を検出する。その検出された検出信号によって各画像形成部Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄは制御部（付図示）によって制御される。
【００４５】
これによって色ずれのないカラー画像を中間転写ベルト６１に形成している。
【００４６】
図３は本発明の画像形成装置で用いている画像検知装置６９の要部断面図であり、画像の位置情報又は濃度を検出している。図３は紙面横方向が画像形成装置の主走査方向（Ｙ方向）、紙面と垂直方向が中間転写ベルト（記録部材）の搬送方向（副走査方向）（Ｘ方向）を表している。３１は中間転写ベルト６１上に描画された位置検出用のトナー像（画像）を照明するためのＬＥＤ光源（ＬＥＤ）である。３０は光学素子であり、同一材質から成る結像レンズ３２と照明レンズ３４とを一体化している。結像レンズ３２はトナー像からの正反射光をセンサ（受光手段）３３上に結像するための結像手段を構成する回転対称非球面を含むレンズである。また、照明レンズ３４は光源３１から放射される光束を集光するための照明手段を構成する回転対称非球面を含むレンズである。これによって照明効率と結像性能を向上させている。３５は結像レンズ３２近傍に設けた絞りである。照明レンズ３４は、ＬＥＤ３１のレンズ面３１bと、結像レンズ３２とともに、発光部３１ａと絞り３５を略光学的共役関係としている。
【００４７】
照明レンズ３４と結像レンズ３２の屈折力は同一であっても良く、又、互いに異なるようにしても良い。
【００４８】
図４は光学素子３０の各要素の配置を説明する図である。同図から明らかなように、照明レンズ３４及び結像レンズ３２は、それぞれの光軸３４ａ，３２ａの検出用パターン６９ａを含む中間転写ベルト６１に垂直な軸（面法線）６９ｂに対して、反対方向に同じ角度１３°傾斜した以下の式で表わされる回転対称非球面で構成されている。レンズ面の形状は、レンズ面と光軸（３４ａ，３２ａ）が交わる点を原点とし、光軸（３４ａ，３２ａ）方向を各々Ｚ１，Ｚ２軸、紙面内であってＺ１，Ｚ２軸と直交する方向を各々Ｙ１，Ｙ２軸とする。Ｚ１軸，Ｙ１軸と直交する軸をＸ１軸とする。Ｚ２軸、Ｙ２軸と直交する軸をＸ２軸とする。そして便宜上
Ｚ１＝Ｚ２＝Ｚａ
Ｙ１＝Ｙ２＝Ｙａ
Ｘ１＝Ｘ２＝Ｘａ
とおく。ここで各レンズ面の面頂点の座標は
Ｘａ＝Ｙａ＝Ｚａ＝０
である。
【００４９】
ここでＲは参照球面、Ｋ，Ａを非球面係数である。
【００５０】
【数１】
【００５１】
図４では紙面垂直方向をＸ軸とし、Ｚ１，Ｚ２はレンズ光軸方向、面法線６９ｂはＺ軸、Ｘ軸とＺ軸に直交する方向をＹ軸として示している。
【００５２】
（図４参照）
このように結像レンズ３２と照明レンズ３４を形成することによって照明効率と結像性能の向上を図っている。
【００５３】
各非球面レンズに対する非球面係数は表１に示してある。
【００５４】
この様に、回転対称非球面を傾斜配置させる事で、それぞれ１面で結像作用、他方の面で照明作用を十分発揮できる。また、図５に結像レンズの周波数２本／mmにおけるＭＴＦデイフォーカスカーブを示す。球面収差が補正されピーク値が高いカーブである事が分かる。
【００５５】
【表１】
【００５６】
また、この一体化した光学素子３０は射出成形により光学樹脂（樹脂材料）で成形されている。更に、記録部材６１側の面を双方共に平面にする事で、防塵ガラスの作用を合せ持ち、トナー等の汚れを清掃する際に、拭き取りムラが生じず清掃する事が可能であり、従来に比べて部品点数を削減して簡単な構成としている。
【００５７】
尚、結像レンズ３２と、照明レンズ３４の記録部材６１側の面は曲率を有した面としても良い。
（第２の実施例）
次に本発明の実施形態２について説明する。
【００５８】
本発明の実施形態２では光学素子３０の結像レンズ３２にアナモフィックな面を採用している。詳しい面の形状は下記の数式及び係数で定義されるものである。この様にする事で偏芯光学系で発生している非点隔差を良好に補正でき更なる光学性能の向上を達成している。
【００５９】
【数２】
【００６０】
母線は（式１−１）と（式１−２）で定義される回転対称非球面とＹ２，Ｚ２平面（図４の紙面内）とが交わる曲線である。
【００６１】
【数３】
【００６２】
子線は、母線上の点における母線接線に垂直な断面（子線断面とする）上に存在し、母線と子線断面との交点に子線頂点が一致する。母線接線方向をＹ２軸、紙面内で且つＹ２軸と直交する軸をＺ２軸、Ｙ２軸とＺ２軸に直交する軸をＸ２軸とする。
【００６３】
アナモフィック非球面レンズに対する非球面項は表２に示してある。
【００６４】
【表２】
【００６５】
また、図６に本実施例の結像レンズの周波数２本／mmにおけるＭＴＦデイフォーカスカーブを示す。
実施形態１と比較し非点間差が補正されたカーブである事が分かる。
（第３の実施例）
次に本発明の実施形態３について説明する。
【００６６】
本発明の実施形態３は光学系の光軸調整に関するものである。特にセンサー部３３に十分な入射光量を与えて目標性能の確保を確実なものとしている。
【００６７】
図７（a）・（b）にＬＥＤ３１から放射される光束の光量分布の一例を示す。汎用レベルのＬＥＤはその配光特性に関して保証されない場合が多く、図７（b）に示す様に、配光特性が大きく正面から逸れているものも多い。このようなＬＥＤを正規の取付位置に設置しても、ＬＥＤ３１からの光束と光学系の光軸が一致しない。従って、センサー部３３にも十分な光量が照射されない。
【００６８】
本実施形態は光源手段３１に発光部の位置を調整する移動機構
又は／及び受光手段３３に、受光面の位置を調整する移動機構を設けている。
【００６９】
図８に本実施形態における画像検知装置６と光軸調整治具（移動機構）の構成を示す。ここでは、主走査方向をＹ軸、紙搬送方向をＸ軸、被測定物８４に垂直な方向をZ軸と定義する。センサーホルダー８１は光軸調整治具に対して固定されている。
【００７０】
ＬＥＤ取付台８２とセンサー部８３は、センサーホルダー８１に対して調整前の状態において水平に移動させることが可能である。また、ＬＥＤ３１はＬＥＤ取付台８２に対して自由な方向で取り付け可能となっている。つまり、ＬＥＤ取付台８２はX・Y軸方向に対して、ＬＥＤ３１は傾き全方向に対して、また、センサー部８３はX・Y方向に対して自由度を有している。
【００７１】
測定物設置場所８４には、調整対象に応じて設置されるものが変更される。例えば、ＬＥＤ３１の位置を調整する際には、測定物設置場所８４にＣＣＤセンサを設置する。このとき、ＣＣＤセンサの中央部と光軸が一致するように配置する。まず、ＣＣＤセンサの中央部に最も強い光量が照射される位置にＬＥＤ３１を移動した後にＬＥＤ３１の可動部を固定する。次に、グロス値（反射率）の高い反射板を測定物設置場所８４に設置する。センサ部８３をX・Y方向に動かして、最も反射光を多
く検知できる位置を特定した後にセンサ部８３の稼動部を固定する。
【００７２】
このような調整を行うことで、汎用ＬＥＤを用いても、センサー部に十分な入射光量を確保できるようにしている。
【００７３】
以上のように本実施形態では、光源（ここではＬＥＤ）の取付位置を任意の位置に移動可能とすることで、照明手段の光軸に光源の光束を一致させて十分な光量を得ている。又同様に、センサ部の取付部を任意の位置に移動可能とすることで、反射光の光束が検出光学系の光軸からそれた場合にも微調整を行なうことで十分な光量を確保することができるようにしている。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように各色の画像（位置検出用パターン）を検出し、これにより画像形成部を制御して多色現像を行ない画像を重ね合わせてカラー画像を得るとき、画像（位置検出パターン）検出用の画像検知装置の構成を適切に設定することにより、画像（位置検出パターン）の検出を高精度に行ない高品質のカラー画像が容易に得られる画像形成装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の実施形態１の全体を説明する要部概略図。
【図２】各種色ずれの説明図。
【図３】本発明の画像検知装置の実施形態１の要部断面図。
【図４】本発明の画像検知装置の実施形態１の要部断面図。
【図５】結像レンズに回転対称非球面を使用した場合のMTFの説明図。
【図６】結像レンズにアナモフィックな面を使用した場合のMTFの説明図。
【図７】ＬＥＤの発光光量分布の説明図。
【図８】本発明の画像検知装置と光軸調整治具の要部断面図
【図９】従来の画像検知装置の要部概略図。
【符号の説明】
２ａ〜２ｄ…感光ドラム
１ａ〜１ｄ２…レーザスキャナー
６１…中間転写ベルト
６９…画像検知装置
７…本来の画像位置
８…色ずれがある場合の画像位置
３１，１０１…光源手段
３２，１０２…結像レンズ
３３，１０３…受光手段
３４，１０４…照明レンズ
３５，１０５…絞り
８０…原稿読取部
８１…センサーホルダー
８２…ＬＥＤ取付台
８３…センサー郡
８４…測定物設置場所
１０７…防塵ガラス
１０…フルカラー画像形成部
Ｐａ〜Ｐｄ…画像形成手段

Claims

記録部材と、前記記録部材を搬送する搬送手段と、画像を前記記録部材上に形成する画像形成手段と、光源手段及び前記光源手段から出射された光束を前記記録部材上に照射させる照明レンズ及び前記記録部材上の画像を受光手段上に結像させる結像レンズを備えた画像検知装置と、を有する電子写真プロセスを用いた画像形成装置であって、
前記照明レンズと前記結像レンズは、同一の樹脂材料で一体成形された光学素子であり、かつ、
前記光学素子の記録部材側の面が平面であり、かつ、
前記照明レンズの光源手段側のレンズ面は、回転対称非球面であり、かつ、前記結像レンズの受光手段側のレンズ面は、回転対称非球面であり、
副走査断面内において、前記照明レンズの回転対称非球面の光軸と前記結像レンズの回転対称非球面の光軸は、前記記録部材の面法線に対して対向して同じ角度で傾斜していることを特徴とする画像形成装置。
前記受光手段は、前記記録部材上に形成された画像の濃度を検出していることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。