JP4945111B2 - 多色画像形成装置及び同装置用光センサ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、Ｍ、Ｙ、Ｃ、Ｋの各色の印刷を重ね合わせカラー印刷を行うときに、各色の印刷位置のずれを少なくするために、それぞれのインキ、トナーなどの位置を検出し、正確な印刷が行えるようにするための多色画像形成装置に関するものである。

従来のこの種の多色画像形成装置の色ずれ補正方法においては、ＣＣＤセンサを用いたものが知られている。図９は、その位置決めセンサの構成の一例を示すもので、まず、図９に符号９０で示すものは転写ベルトであり、この転写ベルト９０の上方にはＣＣＤセンサ９１が設置されている。

そして、前記転写ベルト９０上にはＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｋ（ブラック）の各色による位置決めパターン９２が形成されており、図９に示すように、照射ランプ９３からの照射光により、前記位置決めパターン９２が照射されて、その反射光が、ＣＣＤセンサ９１により読み取られる。

この際、前記位置決めパターン９２を照射する照射ランプ９３からの照射光としては、赤外域（７５０〜９５０nm）の光を使用することが好ましく、これは、前記位置決めパターン９２の読み取りを、各色とも、ほぼ、同感度として検出できるからである。

上記のようにして、ＣＣＤセンサ９１により読み取られた反射光は、ＭＰＵ（中央演算処理装置）に入力されて処理され、このＭＰＵにより位置決めパターンの位置が求められて、レジストレーションのずれ量が演算される。このとき、位置決めパターンの転写位置は既知であり、ＭＰＵでレジストレーションが許容範囲であると判断された場合は、ＭＰＵの指示により転写が行われる。

もしも、このとき、前記ＭＰＵでレジストレーションが許容範囲を超える悪化を生じていると判断された場合には、その誤差をＭＰＵで演算して、ずれ量を求める。そして、このずれ量に応じて、感光光路中にある反射鏡を、ステッピングモーターを用いて作動させ、副走査方向の傾きの調整、平行移動の調整などを行い、例えばレーザー光線による露光時のレジストレーションを合わせる。このときに、前記ＣＣＤセンサ９１は付着濃度も検出できるので、位置検出と付着濃度を同一センサで兼用できる。
特許第２５７３８５５号公報

しかしながら、上記したように、ＣＣＤセンサ９１を用いてＣＭＹＫ各色のパターンの位置検出を行う場合には、第一の問題点として、ＣＣＤセンサ９１は高価であり、また、ＣＣＤセンサ９１から出力されるデータは膨大であるために、これを処理するＭＰＵには高速のものが必要とされ、更に、ＣＣＤセンサ９１自身が光源を持たないので、例えば赤外線光源など光源も必要となる。

本発明は、上記した従来の課題を解決するための具体的手段として、二色以上の異なる色による画像形成部を有した多色画像形成装置の色ずれ補正において、単一偏光光を投光する投光部と投光光とは異なる偏光光を受光する受光部とを有する光センサと、トナー位置検出用パターンとして発光波長に対し反射率の高いトナーは単独で形成したパターンと、発光波長に対して反射率の低いトナーは反射率の高いトナーを下地として形成したパターンとを有し、各トナーパターンを光センサで検出し、反射率の高いトナーに対する位置検出は検出出力の凸部で行い、反射率の低いトナーに対する位置検出は反射率の高いトナーからの反射光の検出出力中の凹部で行い、各色の色ずれを補正する多色画像形成装置、及び、前記光センサは、単色発光の発光素子と、前記発光素子から放射される光のうち偏光方向が一定に揃った光だけを投光するための投光用偏光光学素子と、検出対象物からの反射光のうち正規反射成分を取り込むように配置された受光素子と、検出物に投影された光と異なる偏光成分だけを受光素子に入射させるための受光用偏光光学素子とで構成されている多色画像形成装置用光センサを提供することで、課題を解決するものである。

従来の反射センサではトナー担持体（転写ベルト）からの反射光も受光素子に入射するために、パターンとトナー担持体との反射率の差が大きいときにはダイナミックレンジも大きく、位置の確定が容易であったが、例えばＹ（イエロー）など反射率が高い色ではトナー担持体とのダイナミックレンジが充分でなく、位置の確定も精度が低くなっていた。

そこで、本発明ではトナー担持体からの偏光の乱れない反射光が受光素子に入射しないように発光素子には発光用偏光素子を、受光素子には受光用偏光素子を設けることで、トナー担持体からの反射光が受光素子に入射することをなくし、トナーからの反射光で、パターン位置検出精度を向上させることができる。

つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る多色画像形成装置２０であり、図中に符号１０で示すものはトナー担持体である。本発明においても前記トナー担持体１０上にＣ、Ｍ、Ｙ、Ｋ、各色用のトナー位置検出用パターン１が設けられ、これら、トナー位置検出用パターン１（Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋ）を基準として画像形成が行われるものである点は、従来例のものと同様である。尚、図１ではドラム、露光手段など画像形成のために公知である部分の記載は省略してある。

ここで、本発明では、前記トナー位置検出用パターン１は、発光素子の発光波長に対し反射率の高いトナー、（例えば、発光素子に赤色ＬＥＤを使用する場合にはマゼンタトナー、及び、イエロートナー）は、図２に示すように、マゼンタトナーパターン１Ｍ、イエロートナーパターン１Ｙとして示したように、単独でトナー位置検出用パターン１を形成する。

また、発光波長に対し反射率の低いトナー、（例えば、赤色ＬＥＤの場合には、シアントナー、ブラックトナー）に対しては、反射率の高いトナーで下地２を形成し、この下地２の上面に、図示のようにマゼンタ下地２Ｍの上面中央部にシアントナーパターン１Ｃを形成し、イエロー下地２Ｙの上面中央部にブラックトナーパターン１Ｋを形成する。

尚、上記各色のトナー位置検出パターン（Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋ）は図２に示したような単純なライン形状以外にも、クサビ形状、クロス形状など種々の形状が考えられるが、本発明では、何れの形状においても、光源からの発光波長に対して、反射率の低いトナー位置検出パターンは、反射率の高い下地２の上に形成することを特徴としている。また、上記トナー位置検出パターン１も下地２も、トナー（Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋ）が使用される。

図３は、前記トナー位置検出パターン（Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋ）を検出するための光センサ３の構成を原理的に示すものであり、ＬＥＤ、或いは、レーザーダイオードなどの発光素子３ａと、前記発光素子３ａから放射される光のうち偏光方向が一定に方向に揃った光だけを投光するための投光用偏光光学素子３ｂと、検出対象物からの反射光のうち正規反射成分を取り込むように配置された受光素子３ｃと、検出物に投光された光と異なる偏光成分だけを前記受光素子３ｃに入射させるための受光用偏光光学素子３ｄとからで構成されている。尚、発光素子３ａがレーザーダイオードである場合には、前記投光用偏光光学素子３ｂは省略することが可能である。

ここで、図４に示す曲線は、各色のトナーの分光反射率を示すものであり、図中の曲線ＲＭはマゼンタトナーにおける分光反射率、曲線ＲＣはシアントナーにおける分光反射率、曲線ＲＹはイエロートナーにおける分光反射率、曲線ＲＫはブラックトナーにおける分光反射率、そして、曲線ＲＴはトナー担持体における分光反射率である。従って、各波長における検出感度は、曲線ＲＴの反射率から、同じ波長の当該のトナーの反射率を減算したものとなり、波長によって得られる数値に相当の差を生じることが理解できる。

よって、前記発光素子３ａの発光波長は、図４に示す各色のトナーの分光反射率、トナー担持体１０の反射率や、前記偏光光学素子３ｂ、３ｄのコストから６２０〜７３０nm程度の赤色が良いが、８００〜１０００nm程度の赤外光でも良く、この場合にはシアントナーパターンＣに対しても下地２が不要となり、下地を設けるのはブラックトナーパターン１Ｋのみで良いものとなる。また、受光素子３ｃとしてはＰＤ（フォトダイオード）、フォトトランジスタが使用できる。

上記説明の構成としたことで、従来の反射型センサではトナーパターン担持体１０からの反射光も受光素子３ｄに入射するために、トナー位置検出パターン（Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋ）が有るときと無いときとでの受光素子３ｃの出力差（ダイナミックレンジ）が狭い範囲に限定されていたが、本発明では偏光光学素子を使用して投光光と異なる偏光成分の光だけが受光素子３ｃに入射するため、図６に示すように、トナー担持体１０の反射率のバラツキなどの影響を受けることがない。

従って、トナー位置検出パターンが無いときの受光素子３ｃの出力は、ほぼゼロとなり、即ち、トナー担持体１０の有無、トナー担持体１０の反射率のバラツキに係わらず、前記発光素子３ａの光量を増加させれば、前記トナー位置検出パターンからの反射光量を測定している受光素子３ｃからの出力も、光量の増加にほぼ比例して増加するものとなり、よって、受光出力のダイナミックレンジを容易に拡げることができ、Ｓ／Ｎ比が向上し、パターン検出精度を向上させることができる。

また、従来の反射型センサでは、トナー担持体１０からの反射光と、トナー位置検出パターン（Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋ）のエッジからの反射光との複合作用で、前記トナー位置検出パターン（Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋ）近傍を検出するときの出力波形に乱れ（リップル）を生じることが確認されている。

そして、この乱れ（リップル）は検出物とセンサとの位置関係、特に照射方向からの影響を強く受け、図５（Ａ）に曲線Ｃ（＋５）で示すように前方寄りから照射したときには、検出波形出力の前方に乱れを生じ、図５（Ｂ）に曲線Ｃ（−５）で示すように後方寄りから照射したときには、検出波形出力の後前方に乱れを生じるものとなる。

従って、図中に破線で示す曲線Ｃ（０）で示す真上から照射したときと、著しく検出波形出力の形状が変化することからセンサ取付時の角度バラツキにより検出精度の低下を生じていたが、トナー担持体１０からの反射光が受光素子３ｃに入射しない本発明の多色画像形成装置２０においては、図６に曲線Ｃ（±５）で示す前後斜方から照射したときの出力と、曲線Ｃ（０）で示す真上から照射したときの出力とは位置的な差を生ぜず、センサ取付時の角度のバラツキは精度に影響を与えず、常に高精度なパターン位置検出が可能となる。

尚、図６からも明らかなように、本発明では反射率の低いトナーに対しては、反射率の高いトナーを下地として使用する構成としたことで、反射率の高いトナーに対する位置検出は出力の凸部で行い、反射率の低いトナーに対する位置検出は下地２からの反射光中における凹部で行うものとなる。

図７に示すものは、本発明に係る光センサ３の別な実施形態であり、前の実施形態では前記光センサ３の投光用偏光光学素子３ｂは、発光素子３ａの軸Ｘに直交するように設置され、同様に、受光用偏光光学素子３ｄは、受光素子３ｃの軸Ｙに直交するように設置されていたが、この別の実施形態では、投光用偏光光学素子３ｂと、受光用偏光光学素子３ｄとは、前記トナー担持体１０に対して平行に設置されている。

このように、投光用、受光用それぞれの偏光光学素子３ｂ、３ｄは平行に配置しても良く、或いは、図８に更に別の実施形態として示すように、偏光ビームスプリッター３ｅを使用しても良い。尚、上記偏光ビームスプリッター３ｅを使用する場合には、図中に破線で示すように発光素子３ａから放射される光のうち、検出対象物に投光される光ではない部分の光をモニター用受光素子３ｆに入射させ、例えば、前記発光素子３ａに対して出力が一定となるようにフィードバック制御を行っても良い。

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタなどのカラー画像形成装置を初め、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の点などを正確に重ねてカラー画像を形成する用途にも採用が可能である。

本発明に係る多色画像形成装置の要部を示す説明図である。 トナー検出用パターンの設置状態を示す説明図である。 光センサの構成の例を示す説明図である。 それぞれのトナーの波長に対する反射特性を示すグラフである。 前方及び後方から照射される光に対するトナー担持体とトナーとの反射時における干渉状態を示すグラフである。 本発明により生成される位置検出用の反射光の発生状態を示すグラフである。 本発明における光センサの別の実施形態を示す説明図である。 本発明における光センサの更に別の実施形態を示す説明図である。 従来例を示す説明図である。

符号の説明

１…トナー位置検出用パターン
１Ｃ…シアントナーパターン
１Ｍ…マゼンタトナーパターン
１Ｙ…イエロートナーパターン
１Ｋ…ブラックトナーパターン
２…下地
３…光センサ
３ａ…発光素子
３ｂ…投光用偏光光学素子
３ｃ…受光素子
３ｄ…受光用偏光光学素子
３ｅ…偏光ビームスプリッター
３ｆ…モニター用受光素子
１０…トナー担持体
２０…多色画像形成装置

Claims (4)

1. 二色以上の異なる色による画像形成部を有した多色画像形成装置の色ずれ補正において、単一偏光光を投光する投光部と投光光とは異なる偏光光を受光する受光部とを有する光センサと、トナー位置検出用パターンとして発光波長に対し反射率の高いトナーは単独で形成したパターンと、発光波長に対して反射率の低いトナーは反射率の高いトナーを下地として形成したパターンとを有し、各トナーパターンを光センサで検出し、反射率の高いトナーに対する位置検出は検出出力の凸部で行い、反射率の低いトナーに対する位置検出は反射率の高いトナーからの反射光の検出出力中の凹部で行い、各色の色ずれを補正することを特徴とする多色画像形成装置。
2. 前記発光波長とは、６２０nm〜７２０nm程度の波長であり、複数の前記異なる色とは、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｃ（シアン）、Ｋ（黒）であり、前記反射率の高いトナーとはＭ（マゼンタ）、及び、Ｙ（イエロー）であり、反射率の低いトナーとはＣ（シアン）、及び、Ｋ（黒）であり、Ｃ（シアン）においてはＭ（マゼンタ）が下地として使用され、Ｋ（黒）においてはＹ（イエロー）が下地として使用されていることを特徴とする請求項１記載の多色画像形成装置。
3. 前記光センサは、単色発光の発光素子と、前記発光素子から放射される光のうち偏光方向が一定に揃った光だけを投光するための投光用偏光光学素子と、検出対象物からの反射光のうち正規反射成分を取り込むように配置された受光素子と、検出物に投影された光と異なる偏光成分だけを受光素子に入射させるための受光用偏光光学素子とで構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の多色画像形成装置用光センサ。
4. 前記発光素子がレーザーダイオードであり、前記投光用偏光光学素子が省略されていることを特徴とする請求項３記載の多色画像形成装置用光センサ。

Images