JP4944290B2

JP4944290B2 - 画像検知装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP4944290B2
Application number: JP2000241784A
Authority: JP
Inventors: 秀和下村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2020-08-09
Also published as: JP2002055572A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像検知装置及び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８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８では中間転写ベルトである記録部材８４上に描写された位置検出用パターン（画像）８６を光源手段８１の発光部８１ａから放射され集光部８１ｂで集光され、防塵ガラス８７を介して照明している。
【０００７】
位置検出パターン８６で正反射した正反射光を防塵ガラス８７、絞り８５、結像レンズ８２を介して受光手段８３で検出している。
【０００８】
受光手段８３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】
尚、図９は図８の画像検知装置において光源８１から放射角度６.８°で放射された光束が受光手段８３に入射する様子を示している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の画像検知装置は、光源の発光部と結像レンズの近傍に設けた絞りとの位置関係については何も特定されなかった。
この為、図９に示した様に光源８１からの極めてわずかな光束しかセンサー８３へ入射しておらず、受光手段８３より十分な信号出力を得る事ができないため、画像の検出精度に課題があった。図１０は位置検出用マーク８６を受光信号８３で読み込んだ時の出力波形を示している。
【００１１】
同図Ｖ１は記録部材からの正反射光を受けたときの出力信号であり、Ｖ₂はトナー像（位置検出マーク）で描かれた検出用マークを受けたときの拡散光を受光したときの出力信号である。
【００１２】
一般にこのときの信号出力値の比（ＳＮ比）Ｖ₁／Ｖ₂が大きい程検出精度が向上する。又、位置検出パターンの濃度を検出し、これより画像情報を得る画像検知装置を濃度検出装置として使用した場合の画像濃度と信号出力との関係を図１１に示す。又、記録部材上での正反射光とトナーによる拡散光との関係を図１２に示す。
【００１３】
以下、図１１、図１２を参考して説明する。
【００１４】
点Ａに於いては記録部材上にトナーは一切乗っておらず記録部材からの正反射光だけがセンサーへ向かう。点Ａから点Ｂまでの領域に於いては記録部材からの正反射光及び記録部材の一部に乗ったトナーからの拡散光がセンサーへ向う。この領域に於いてはトナー像により遮られる正反射光の光量がトナー像で拡散される拡散光の光量よりも多いため、単調減少する。
【００１５】
更に点Ｂから点Ｃに至るまでの中間地点からはトナー像で拡散される拡散光の方が多くなり信号出力は増加するようになる。この逆転現象が発生する領域（グラフの点線より右側の領域）に於いては原理的に濃度を検知し画像情報を得る事ができない。
【００１６】
一般には点Ｂから点Ｃに至る領域（中間調領域）が一番検出精度が必要とされるところであるがこの中間調領域での検出ができないという課題があった。
【００１７】
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検知装置及び画像形成装置の提供を目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の画像検知装置は、光源手段と、前記光源手段から出射された光束を電子写真プロセスにより画像が形成された記録部材の上に照射する照明レンズと、受光手段と、前記記録部材上の画像を前記受光手段上に形成する結像レンズと、前記記録部材と前記受光手段の間の光路に配置された絞りと、を有し、
前記受光手段で得られた検出信号に基づいて前記記録部材上のフルカラー画像の位置情報及び濃度を検知する画像検知装置であって、
前記絞りの開口の大きさは、前記光源手段の発光点の像の大きさと同じであり、かつ、前記記録部材を鏡面反射面としたとき、前記光源手段の発光点と共役関係の位置に前記絞りが配置されていることを特徴としている。
【００１９】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記光源手段の発光点がその共役位置に結像されるときの結像倍率をβとしたとき
１＜｜β｜＜７
であることを特徴としている。
【００２０】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記照明レンズの屈折力と前記結像レンズの屈折力は同一であることを特徴としている。
【００２１】
請求項４の発明のカラー画像形成装置は、請求項１乃至３の何れか一項に記載の画像検知装置を有することを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の画像検知装置を有した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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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に帳架され、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
尚、中間転写ベルト６１の面は鏡面に近い状態となっている。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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（不図示）によって制御される。
【００４２】
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。
【００４３】
図２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２は紙面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。
【００４４】
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）６９ａを照明するためのＬＥＤ光源である。３１ｂは光源３１の発光部３１ａからの光束を集光する集光部である。
【００４５】
３４は光源３１から放射される光束を集光する為の照明手段を構成する照明レンズ、３２は中間転写ベルト６１からの正反射光及びトナー像６９ａからの拡散反射光を受光手段３３に結像する為の結像手段を構成する結像レンズである。
【００４６】
３５は結像レンズ３２近傍に設けた絞りである。
【００４７】
２７は防塵ガラスである。中間転写ベルト６１を鏡面反射面としたとき、光源３１の発光部（発光点）３１ａと絞り３５は集光部３１ｂ、照明レンズ３４等によって略共役関係となるようにしている。（ここで略とは完全に結像関係でなくとも本発明の目的を達成できる程度であれば良いことを意味している。）
尚、絞り３５が結像レンズ３２中にあるとき又は結像レンズ３２より受光手段３３側にあるときには発光部３１ａと絞り３５は集光部３１ｂ、照明レンズ３４そして結像レンズ３２の一部又は全部によって略共役関係となるようにしている。
【００４８】
これによって光源３１からの光束でトナー像６９ａの照明を効率よく行ない、かつ中間転写ベルト６１からの正反射光束が受光手段３３に効率良く入射するようにしている。
【００４９】
照明レンズ３４及び集光部３１ｂによる発光部３１ａの絞り３５面上への結像倍率（発光部３１ａがその共役位置に結像されたときの結像倍率）βは
｜β｜＝５．９
である。
【００５０】
図３は図２の画像検知装置の受光手段３３で得られる波形信号の説明図である。
【００５１】
信号Ｖ１は中間転写ベルト６１からの正反射光が受光手段に入射したときの信号値である。
【００５２】
信号Ｖ２は位置検出パターン（トナー像）によって照明光が散乱され（正反射せず）受光手段３３に入射する光量が減少したときの信号値である。
【００５３】
本実施形態によれば信号の^S/_N比（^V1/_V2）が大きくなり、位置検出パターンの位置情報を高精度に検知することができる。
【００５４】
図４は画像検知装置として位置検出パターン（トナー像）の濃度を検出し、濃度に応じて受光手段で得られる信号出力を示している。
【００５５】
本実施形態によれば、画像（トナー像）の中間領域での逆転現像がなく、高精度に濃度を検出することができる。
【００５６】
図５は本発明の画像形成装置で用いている画像検知装置の６９の実施形態２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５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。
【００５７】
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とを一体形成している。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。
【００５８】
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は集光部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。
【００５９】
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。
【００６０】
照明レンズ３４及び結像レンズ３２は、それぞれの光軸３４ａ，３２ａが検出用パターン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傾斜している。
【００６１】
図６は発光部の両端から放射される光線の光路を示したものである。本実施例のＬＥＤ光線３１の発光部３１ａのサイズは０．４×０．４ｍｍであり、絞り３５近傍に結像される発光部の像の大きさは２．０×２．０ｍｍ、すなわち結像倍率｜β｜は５．０である。絞り３５の開口の大きさを発光部３１ａの像の大きさと同じでφ２．０ｍｍとする事で、トナー像６９ａ、からの拡散光を抑えながら、正反射光を効率良くセンサー３３へ導くようにしている。
【００６２】
又、結像倍率｜β｜を大きくする事で更に広い放射角の光線をセンサー上へ導く事も可能である。しかしその場合発光部が設計中心から微小にズレたとしても発光部の像が絞り上で大きく動くためＬＥＤの取り付け敏感度が高くなってしまう。それゆえ結像倍率｜β｜は１倍以上７.０以下で使用するのが良い。
【００６３】
即ち本発明においては結像倍率βは
１＜｜β｜＜７
とするのが良く、更に好ましくは
１.５＜｜β｜＜６
とするのが良い。
【００６４】
本実施例ではこのように結像レンズ３２と照明レンズ３４そして絞りを形成することによって照明倍率と結像性能そして検知精度の向上を図っている。
【００６５】
図７は本発明の画像検知装置の実施形態３の要部概略図である。
【００６６】
本実施例は光源にチップタイプのＬＥＤ７１を使用している事が特徴であり、その他の作用は第１、第２の実施例と同様である。本実施例の結像レンズ３２の結像倍率｜β｜は１.８である。結像倍率｜β｜が１.０以下となると十分出力を得る事ができず検出精度が悪化するので良くない。
【００６７】
尚、以上の各実施形態において絞り３５は結像レンズ３２と受光手段３３との間の他に、結像レンズ３２中又は中間転写ベルト６１と結像レンズ３２との間のどこに配置しても良い。
【００６８】
又、結像手段は照明手段からの光束のうち中間搬送ベルトの上のパターンからの反射光を集光して受光手段上に集光する反射型の代りに中間搬送ベルトのパターンを透過した光束を集光して受光手段上に導光する、透過型として各部材を構成しても良い。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば各色の画像（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検知装置及び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の要部概略図。
【図２】本発明の画像検知装置の実施形態１の要部概略図。
【図３】本発明の画像検知装置で位置検出マークを読み込んだ時の信号波形の説明図。
【図４】本発明の画像検知装置で画像濃度と信号出力の関係を表す説明図。
【図５】本発明の画像検知装置の実施形態２の要部概略図。
【図６】本発明の画像検知装置の実施形態２の光路説明図。
【図７】本発明の画像検知装置の実施形態３の光路説明図。
【図８】従来の画像検知装置の要部概略図。
【図９】従来の画像検知装置の光路説明図。
【図１０】従来の画像検知装置の位置検出マークを読み込んだ時の信号波形の説明図。
【図１１】従来の画像検知装置の画像濃度と信号出力の関係を表す説明図。
【図１２】記録部材上での正反射光とトナーの拡散光の説明図。
【符号の説明】
２ａ〜２ｄ…感光ドラム
１ａ〜１ｄ…光走査装置
６１…中間転写ベルト
６２…駆動ローラ
６３…従動ローラ
６９…画像検知装置
３１…光源（ＬＥＤ）
３１ａ…発光部
３１ｂ…レンズ面
３２…結像レンズ
３３…センサー
３４…照明レンズ
３５…絞り
Ｐａ〜Ｐｄ…画像形成部
１０…フルカラー画像形成部
８０…原稿読取部
６９ａ…位置検出パターン（画像）

Claims

光源手段と、前記光源手段から出射された光束を電子写真プロセスにより画像が形成された記録部材の上に照射する照明レンズと、受光手段と、前記記録部材上の画像を前記受光手段上に形成する結像レンズと、前記記録部材と前記受光手段の間の光路に配置された絞りと、を有し、
前記受光手段で得られた検出信号に基づいて前記記録部材上のフルカラー画像の位置情報及び濃度を検知する画像検知装置であって、
前記絞りの開口の大きさは、前記光源手段の発光点の像の大きさと同じであり、かつ、前記記録部材を鏡面反射面としたとき、前記光源手段の発光点と共役関係の位置に前記絞りが配置されている
ことを特徴とする画像検知装置。
前記光源手段の発光点がその共役位置に結像されるときの結像倍率をβとしたとき
１＜｜β｜＜７
であることを特徴とする請求項１に記載の画像検知装置。
前記照明レンズの屈折力と前記結像レンズの屈折力は同一であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像検知装置。
請求項１乃至３の何れか一項に記載の画像検知装置を有することを特徴とするカラー画像形成装置。