JP5061567B2 - 露光装置の焦点位置調整方法 - Google Patents

露光装置の焦点位置調整方法 Download PDF

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Description

本発明は、特に、発光素子アレイと結像素子レンズアレイとを備えた露光装置の焦点位置調整方法
従来より、複写機やプリンタ等の画像形成装置では、露光装置によって感光体を画像に応じて露光することにより静電潜像を形成し、該静電潜像をトナー現像することにより感光体上に形成されたトナー像を被転写媒体に転写することで画像を形成している。
感光体に静電潜像を形成するための光源としては、従来からLD(Laser Diode)が用いられてきたが、近年ではLED(Light Emitting Diode)素子などの発光素子を各画素に対応して一列に配置した発光素子アレイと、各発光素子から出力された光を感光体表面に結像させるようセルフォックレンズなどの結像レンズを配置した結像素子レンズアレイとを備える露光装置が用いられている。
このような露光装置を用いた画像形成装置では、発光素子アレイの各LED素子を画像データに基づいて駆動させ、画像データに基づく光を出力し、結像レンズによって出力された光を感光体表面に結像させることにより、感光体を画像データに基づいて露光すると共に、感光体と露光装置とを相対移動させる(この移動方向を「副走査方向」という)ことにより、露光位置を移動させて感光体上に画像を形成する。
しかしながら、かかる露光装置を備える画像装置では、複数の発光素子を搭載するLED素子毎の性能のばらつきや、各発光素子のばらつき、結像素子レンズアレイの屈折率分布のばらつき、レンズの配列乱れ、発光素子アレイと結像素子レンズアレイの組み立て誤差、LED素子の焦点位置や発光光量のばらつきなどにより、濃度ムラが発生しやすい。この濃度ムラは画質低下の原因となる。
このため、特許文献1では、焦点位置で印字した後、LEDヘッドを平行移動させて再び印字を実施し、パターンより感光体とのずれ量を計算し焦点を調整する方法が開示されているが、LEDヘッドの位置をずらして複数枚印字出力する必要があり、時間がかかり生産性が悪い。
また、特許文献2では、LED基板あるいはレンズを弾性変形させる手段により焦点位置を調整する方法が開示されているが、レンズの変形方向が一方向しかできないため、全体でロバスト性の高い位置合わせを行うことは困難である。
さらに、特許文献3は、長さの異なる位置決め部材を選択してLEDヘッドを位置決めする方法が開示されているが、多くの位置決め部材が必要であり、LEDヘッドの構成が複雑になる。また位置決め部材のばらつきにより焦点位置を精確に調整することは困難である。
また、特許文献4は、光プリントヘッド(LEDヘッドに相当)に偏心カムを当接させ、偏心カムの軸を回転させることで光プリントヘッドの焦点位置を調整しているが、偏心カムを回転させる機構が別途必要となり光プリントヘッドのサイズが大きくなってしまうという課題を持っている。
特開昭62−166372号公報 特開平9−1857号公報 特開2003−11414号公報 特開2003−285471号公報
本発明は上記事実を考慮し、LEDヘッドの焦点位置のバラツキにより生じる画像装置の濃度ムラを小さくすることができる露光装置の焦点位置調整方法を得ることを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、複数の発光素子が列状に並んで配置された基板と、前記発光素子が発光した光を被露光体に結像させる結像素子と、前記基板及び前記結像素子を支持する支持部材と、前記支持部材を前記被露光体に対して接離させる方向へ移動させる焦点位置調整手段と、を備える露光装置の焦点位置調整方法において、各前記発光素子の焦点位置を求めた座標上の焦点位置データから回帰直線を求め、該回帰直線の傾きを0にしたときの前記焦点位置データの最大値及び最小値から該焦点位置データの中央値を算出し、該中央値が前記被露光体の表面に位置するように前記焦点位置調整手段で支持部材の位置を調整する。
請求項1に記載の発明では、複数の発光素子が列状に並んで配置された基板、及び発光素子が発光した光を被露光体に結像させる結像素子の少なくとも一方は、支持部材によって支持される。そして、結像素子を被露光体に対して接離させる方向へ移動させる焦点位置調整手段によって発光素子の焦点位置を調整する。
複数配列された発光素子の焦点位置にはバラツキが生じるため、各発光素子の焦点位置を求めた座標上の焦点位置データから回帰直線を求め、該回帰直線の傾きを0にしたとき、回帰直線上にある発光素子の焦点位置が被露光体の表面となるように、焦点位置調整手段で結像素子の位置を調整する。これにより、発光素子の焦点位置は被露光体の表面となり、発光素子の焦点位置のバラツキにより生じる画像装置の濃度ムラを小さくすることができる。回帰直線自体が焦点位置データのバラツキの中心にない場合、焦点位置データの中央値と回帰直線とのずれ量分を加算或いは除算して、支持部材の位置を調整することで、画像装置において大きな濃度ムラが生じないようにすることができる。
ここで、焦点位置調整手段を支持部材に形成し、支持部材自体に支持部材の位置を調整する調整機能を形成させることで、支持部材に複雑な位置調整装置を設ける必要もなく、支持部材が大きくなることもない。
請求項に記載の発明は、請求項1に記載の露光装置の焦点位置調整方法において、前記焦点位置調整手段が、前記結像素子を前記被露光体に対して接離させる方向に沿って前記支持部材に形成された第1ネジ孔と、前記第1ネジ孔にねじ込み可能に設けられ、前記被露光体を支持する本体側フレームに先端部が当接して被露光体に対して前記支持部材を接離させる調整ピンと、前記第1ネジ孔と直交する方向に形成され、該第1ネジ孔と繋がる第2ネジ孔と、前記第2ネジ孔へねじ込まれ、前記調整ピンの側面を押圧して該調整ピンを固定する固定ネジと、を含んで構成されたことを特徴とする。
請求項に記載の発明では、結像素子を被露光体に対して接離させる方向に沿って支持部材には第1ネジ孔を形成し、該第1ネジ孔に調整ピンをねじ込み可能としている。この調整ピンの先端部が被露光体を支持する本体側フレームに当接し、第1ネジ孔にねじ込み量によって、支持部材を被露光体に対して接離させる。また、支持部材には、第1ネジ孔と直交する方向に、該第1ネジ孔と繋がる第2ネジ孔を形成し、該第2ネジ孔へ固定ネジをねじ込むことで、調整ピンの側面を押圧して該調整ピンを固定するようにしている。
このように、調整ピンのねじ込み量によって発光素子の位置を調整することができるため、調整が容易である。また、複雑な機構を用いないため、コストが安い。
請求項に記載の発明は、請求項1又は2に記載の露光装置の焦点位置調整方法において、前記焦点位置は、前記被露光体上での前記発光素子の濃度の変調伝達関数による最大値として求められることを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項1〜3の何れか1項に記載の露光装置の焦点位置調整方法において、前記焦点位置は、前記被露光体上での前記発光素子のビーム径の最小値として求められることを特徴とする。
つまり、各発光素子の焦点位置を求めた座標上の焦点位置データから回帰直線を求め、該回帰直線の傾き及び回帰直線と被露光体との距離との関係の少なくとも一方に基づいて、焦点位置調整手段で支持部材の位置を調整することで、発光素子の焦点位置を被露光体の表面に設定することができ、発光素子の焦点位置のバラツキにより生じる画像装置の濃度ムラを小さくすることができる。
以上説明したように本発明によれば、発光素子の焦点位置のバラツキにより生じる画像装置の濃度ムラを小さくすることができる。
本発明の実施の形態に係る露光装置としてのLEDヘッドについて説明する。
図1に示すように、電子写真方式によって記録用紙などの記録媒体に画像を形成する画像形成装置10に、LEDヘッド100が用いられている。
画像形成装置10は、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体、即ち、感光体ドラム12が、軸心Gを回転中心に回転可能に支持されている。矢印K方向に回転する感光体ドラム12の表面は帯電装置14によって帯電する。帯電した感光体ドラム12は、露光装置としてのLEDヘッド100が発光する画像情報に応じた光で露光されることで、静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置16によって現像され、感光体ドラム12上にトナー像が形成される。
用紙トレイ(図示略)に収容されていた記録用紙が用紙搬送経路Pに沿って搬送されると、前述した感光体ドラム12に形成されたトナー像が、転写装置18によって、搬送されてきた記録用紙に転写される。トナー像が転写された記録用紙は、定着装置(図示略)に搬送されトナー像が定着された後、装置外に排出される。また、転写されずに残った残留トナーは、クリーニング装置20で除去され、除電装置22で除電される。
図1と図2とに示すように、LEDヘッド100は、全体が四角柱形状を成し、その長手方向は感光体ドラム12の軸心Gと同方向である。また、LEDヘッド100は、金属からなる支持部材102を備え、この支持部材102は断面が四角形状の基板支持部104を備えている。
この基板支持部104の上面104Aには、第一基板150が取り付けられており、第一基板150の上面には、発光素子としてのLEDアレイ152が長手方向(感光体ドラム12の軸心G方向)に並んで実装されている。
ここで、LEDアレイ152は、PNPN構造発光サイリスタを有し、シフトレジスタの機能をLEDアレイ152自体が有している、いわゆる、自己走査型LED(SLED:Self−scanning LED)アレイである。この自己走査型LEDアレイは、接続される信号線の本数を自己走査型でないLEDアレイより大幅に少なくすることが可能になる。よって、第一基板150を小型化できる。
また、基板支持部104の上面104Aの反対側の下面104Bには、第二基板170が取り付けられており、第二基板170の両面には、各種電子部品176(図3参照、コンデンサや抵抗)等が実装されている。また、第二基板170の下面には、第一基板150に実装されているLEDアレイ152を駆動する駆動素子172と、外部と電気的に接続するコネクタ174と、が実装されている。なお、第二基板170の幅(長手方向と直交する方向、感光体ドラム12の回転軸G方向と直交する方向)は、第一基板150より幅広である(図1参照)。
この第一基板150と第二基板170とは、フレキシブル配線基板190で電気的に接続されており、フレキシブル配線基板190は、熱圧着、若しくは異方性導電膜の熱圧着で、第一基板150及び第二基板170と共に外側の面に接続されている。なお、LEDアレイ152は、自己走査型LEDアレイであり、接続される信号線の本数は自己走査型でないLEDアレイより大幅に少ないので、フレキシブル配線基板190も幅狭にできる。
一方、図3に示すように、基板支持部104の下面104Bには、各種電子部品176(コンデンサや抵抗)が収まる凹部104Cが形成されている。しかし、駆動素子172が実装されている領域には凹部104Cは形成していない。よって、第二基板170の上面の、駆動素子172が実装されている領域は、支持部材102の基板支持部104の下面104Bが面接触しており、熱伝導性が良く、放熱効果が高い。
また、図1、図2に示すように、結像素子支持部106が、基板支持部104の上面104Aから感光体ドラム12(図1参照)に向かって延びている。この結像素子支持部106には、LEDアレイ152が発光した光を感光体ドラム12に結像させる分布屈折率レンズ、いわゆる、セルフォックレンズ90A(「セルフォック」は、日本板硝子(株)の登録商標)を備えるレンズアレイ90が取り付けられている。そして、基板支持部104の上面104Aには、図1と図2とに想像線(二点破線)で示すように、第一基板150が露出しないように、樹脂製のカバー108も取り付けられている。
図2及び図4に示すように、支持部材102の基板支持部104の、第一基板150が取り付けられている長手方向の両外側には、挿通孔110,111が上下に貫通しており、基板支持部104の下面104B側にはネジ孔部110A,111Aが形成されている。挿通孔110,111内へは、調整ピン112,113が挿通可能となっており、調整ピン112,113の基部には、ネジ部112A,113Aが形成され、ネジ孔部110A,111Aにねじ込み可能となっている。
更に、支持部材102の基板支持部104の側面には、挿通孔110,111と直交する方向にネジ孔120,121が形成されており、ネジ孔120,121の先端は挿通孔110,111と繋がっている。そして、このネジ孔120,121にはセットスクリュー122,123がねじ込まれている。
図4に示すように、調整ピン112,113が、基板支持部104の上面104Aから突出した状態で、セットスクリュー122,123を締め込んでいくことで、セットスクリュー122,123の先端が調整ピン112,113の側面を押圧し、調整ピン112,113が固定される。
ここで、図3に示すように、支持部材102は付勢バネ24により感光体ドラム12(図1参照)側に付勢されており、固定された調整ピン112,113の先端が、画像形成装置10に設けられた位置決め部26に当たることで、感光体ドラム12とLEDヘッド100との間隔が決まる。
つまり、基板支持部104の上面104Aから突出する調整ピン112,113の突出量M,M(LEDヘッド100の基板支持部104の下面104Bを基準にするとH,H)を調整することで、感光体ドラム12とLEDヘッド100との間隔を調整して、LEDヘッド100の焦点位置を調整することができる。
次に、LEDヘッド100の基板支持部104の下面104Bから調整ピン112,113の先端までの距離H,Hを調整する調整方法(LEDヘッド100の焦点位置の調整方法)について説明する。
まず、図5のステップ100において、図6に示すように、基板支持部104の下面104Bから測定した、LEDヘッド100の各LEDアレイ152の発光位置に対するMTF(白黒の線幅のチャートを撮影し、そのチャート像のコントラストがどれだけ減少したか、その比率を示すものであり、いわゆる変調伝達関数のこと)による最大焦点位置を求める(最大焦点位置データ(以下、「MTFデータS」という)。そして、ステップ102において、各LEDアレイ152のMTFデータSを読み込む。
次に、ステップ104において、調整ピン112を通る線と感光体ドラム12の表面位置の交わる点を原点とする座標系に、読み込んだMTFデータSを図7に示すようにプロットし(MTFデータS)、最小二乗法により回帰直線Pを求める(Z=aX+b)。そして、ステップ106において、この回帰直線Pにより調整ピン112,113の位置におけるずれ量hおよびhを算出する。これにより、h=b(X=0)、h=aR+b(X=R)が求められる。
次に、ステップ108において、この回帰直線Pの傾きおよび切片が「0」となるように、MTFデータSおよび回帰直線Pの補正を行う(図8に示すように、補正後をMTFデータS、回帰直線Qとする)。次に、ステップ110において、補正した後のMTFデータSの最大値(Max)及び最小値(Min)からMTFデータSの中央値(M)を算出する(M=(Max+Min)/2)。
そして、ステップ112において、補正した後のMTFデータSの最小値(Min)とZ=0との距離(N)を算出し、ステップ114で、回帰直線Qが中央値(M)と一致するように移動させるときの距離OS(OS=M−N)を算出する(図8参照)。
次に、ステップ116において、調整ピン112,113の先端と移動後の回帰直線Qまでの距離がLEDアレイ152の焦点位置となるように、LEDヘッド100の基板支持部104の下面104Bから調整ピン112,113の先端までの距離H,H(図3参照)を算出する。
=H’+h=(Q)+(OS)−(P)+h ・・・(式1)
=H’+h=(Q)+(OS)−(P)+h・・・(式2)
ここで、Pは調整ピン112,113の先端からLEDアレイ152の焦点位置までの距離であり、いわゆる設計値である。
次に、ステップ118において、調整ピン112,113を回転させ、LEDヘッド100の基板支持部104の下面104Bから調整ピン112,113の先端までの距離が、それぞれH,Hとなるようにする。そして、ステップ120で、図5に示すセットスクリュー122,123を締め込み、調整ピン112,113の側面を押圧し、調整ピン112,113を固定する。以上のような調整により、LEDアレイ152の焦点を感光体ドラム12表面に合わせることができる。
なお、セットスクリュー122,123に、緩み防止用のネジ止め剤としての接着剤を塗布しておいた方が、調整ピン112,113の位置が固定後ずれにくくなるので好適である。また、接着剤としては、空気が遮断されると硬化する嫌気性接着剤が適している。
つぎに、本実施形態の作用について説明する。
図5に示すように、LEDヘッド100の基板支持部104の下面104Bから調整ピン112,113の先端までの距離H,Hを調整することで、感光体ドラム12とLEDヘッド100との間隔を調整できるようにしているが、LEDヘッド100自体にネジ孔部110A,111Aを形成し、該ネジ孔部110A,111Aへ調整ピン112,113をねじ込むことで、LEDヘッド100の位置が調整できるようにしている。
このように、LEDヘッド100の位置を調整する調整機能をLEDヘッド100自体に形成することで、LEDヘッド100に複雑な位置調整装置を設ける必要もなく、LEDヘッド100が大きくなることもない。また、調整ピン112,113のねじ込み量によってLEDヘッド100の位置を調整することができるため、調整が容易である。また、複雑な機構を用いないため、コストが安い。
次に、複数配列されたLEDアレイ152の焦点位置にはバラツキが生じるため、本形態では、まず、各LEDアレイ152の焦点位置を求めたMTFデータSから座標上に回帰直線Pを求め、この回帰直線Pの傾きおよび切片が「0」となるように、MTFデータSおよび回帰直線Pの補正を行う(補正後;MTFデータS及び回帰直線Q)。
そして、補正した後のMTFデータSの中央値(M)を算出して、回帰直線Qとの距離OS分を算出し、LEDヘッド100の基板支持部104の下面104Bから調整ピン112,113の先端までの距離H,Hを算出する。このLEDヘッド100の基板支持部104の下面104Bから調整ピン112,113の先端までの距離が、それぞれH,Hとなるように調整ピン112,113の先端の位置を調整する。
ここで、図8に示すように、回帰直線Q自体がMTFデータSのバラツキの中心にない場合もあるため、MTFデータSの中央値(M)と回帰直線Qとの距離OS分を加算或いは除算して、LEDヘッド100の位置を調整するようにすることで、画像形成装置10において大きな濃度ムラが生じないようにすることができる。つまり、ロバスト性の高い焦点位置調整が可能となる。
なお、MTFデータSのバラツキによっては、MTFデータSの中央値(M)と回帰直線Qとの距離OS分の補正は必ずしも必要ではない。
そして、このような、図5に示すアルゴリズムを画像装置の制御ソフトに組み込むことにより、自動化が容易になり生産性を向上させることが可能である。
なお、本形態では、焦点位置として、感光体ドラム12上でのLEDアレイ152の濃度の変調伝達関数による最大値を測定したが、LEDアレイ152の焦点位置を測定することができればよいため、感光体ドラム12上でのLEDアレイ152のビーム径の最小値を測定しても良い。
また、本発明は上記の実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、被露光体はドラム状の感光体ドラム12であったが、ベルト状のベルト感光体であっても良い。
本発明の実施形態に係るLEDヘッドを備える画像形成装置の要部を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係るLEDヘッドを模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るLEDヘッドを模式的に示す正面図である。 本発明の実施形態に係るLEDヘッドの断面図である。 本発明の実施形態に係るLEDヘッドの焦点位置を調整する調整方法を示すフローチャートである。 LEDヘッドの焦点位置データを説明する図である。 LEDヘッドの焦点位置データを補正する方法を説明する説明図である。 LEDヘッドの焦点位置データを補正する方法を説明する説明図である。
符号の説明
10 画像形成装置
90 レンズアレイ(結像素子)
100 LEDヘッド(露光装置)
102 支持部材
104 基板支持部(支持部材)
110A 第1ネジ孔部(焦点位置調整手段)
111A 第1ネジ孔部(焦点位置調整手段)
112 調整ピン(焦点位置調整手段)
113 調整ピン(焦点位置調整手段)
120A 第2ネジ孔(焦点位置調整手段)
121A 第2ネジ孔(焦点位置調整手段)
122 セットスクリュー(固定ネジ、焦点位置調整手段)
123 セットスクリュー(固定ネジ、焦点位置調整手段)
150 第一基板(基板)
152 LEDアレイ(発光素子)
P 回帰直線
Q 回帰直線
回帰直線
S MTFデータ(焦点位置データ)
MTFデータ(焦点位置データ)
MTFデータ(焦点位置データ)

Claims (4)

  1. 複数の発光素子が列状に並んで配置された基板と、
    前記発光素子が発光した光を被露光体に結像させる結像素子と、
    前記基板及び前記結像素子を支持する支持部材と、
    前記支持部材を前記被露光体に対して接離させる方向へ移動させる焦点位置調整手段と、
    を備える露光装置の焦点位置調整方法において、
    各前記発光素子の焦点位置を求めた座標上の焦点位置データから回帰直線を求め、該回帰直線の傾きを0にしたときの前記焦点位置データの最大値及び最小値から該焦点位置データの中央値を算出し、該中央値が前記被露光体の表面に位置するように前記焦点位置調整手段で支持部材の位置を調整する露光装置の焦点位置調整方法。
  2. 前記焦点位置調整手段は、
    前記結像素子を前記被露光体に対して接離させる方向に沿って前記支持部材に形成された第1ネジ孔と、
    前記第1ネジ孔にねじ込み可能に設けられ、前記被露光体を支持する本体側フレームに先端部が当接して被露光体に対して前記支持部材を接離させる調整ピンと、
    前記第1ネジ孔と直交する方向に形成され、該第1ネジ孔と繋がる第2ネジ孔と、
    前記第2ネジ孔へねじ込まれ、前記調整ピンの側面を押圧して該調整ピンを固定する固定ネジと、
    を含んで構成されたことを特徴とする請求項1に記載の露光装置の焦点位置調整方法。
  3. 前記焦点位置は、前記被露光体上での前記発光素子の濃度の変調伝達関数による最大値として求められることを特徴とする請求項1又は2に記載の露光装置の焦点位置調整方法。
  4. 前記焦点位置は、前記被露光体上での前記発光素子のビーム径の最小値として求められることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の露光装置の焦点位置調整方法。
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