JP5709458B2 - 検出装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式や静電記録方式などを応用した複写機やプリンター、あるいはファクシミリ等のカラー画像形成装置に使用される画像情報検出装置に関し、特にパターンの位置を検出する画像情報検出装置に関するものである。

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画像品質を悪化させる。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。

カラー画像形成装置開発の初期では、単一の画像形成部、即ち同じ光学特性で光走査して多色現像を行い、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。
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、この方法では、画像を重ね合わせるときの色ずれが懸念される。

このため、この色ずれを検出する為の画像情報検出装置が提案されている。画像情報検出装置においては、光源手段の発光面から放射された光束を集光部と照明レンズで集光し、防塵ガラスを介して転写ベルトである像担持体上に描写された位置検出用パターンを照明する。像担持体とその上に描写されたパターンからの正反射光を、絞り、結像レンズを介して受光手段で検出し、検出された検出信号に従って各色の画像を出力すべく画像形成部（画像形成手段）を制御するというものである。

高精度な画像を得るためには、さらに画像情報検出装置の精度について言及する必要がある。画像情報検出装置の精度を悪化させる原因の一つとして、検出信号のノイズがある。検出信号のＳ／Ｎ比を向上させる手段として、受光光量を増やす方法や、ノイズを低減する方法などがあった。
例えば、特許文献１では、露光時間を調整することで、検出信号のＳ／Ｎ比を向上させる事例が開示されている。特許文献２では、受光手段を金属性の筐体の中に収納しノイズを低減することで、検出信号のＳ／Ｎ比を向上させる事例が開示されている。

また、検出信号のＳ／Ｎ比を向上させる手段として、光出力の大きいＬＥＤを選択する事、指向性の高いＬＥＤを選択する事などにより、像担持体上のパターンを明るく照明する方法がある。
他に、像担持体上のパターンを明るく照明する方法として、発光面と像担持体とを略共役関係とするクリティカル照明を用いる方法がある。このクリティカル照明は、パターンを含む大きな領域を照明する従来の方法に比べ、パターン近傍の小さい領域を照明するため、発光面から放射される光を効率良くパターンに当てることができる。

特開２００１−０９２１９５号公報 特開平７−０３６２４４号公報

しかしながら、クリティカル照明の画像情報検出装置においては、構成素子の配置誤差や、画像情報検出装置自体の配置誤差が生じた際に、位置検出精度が悪化しやすいという課題があった。このような画像情報検出装置を用いて色ずれ補正を行うと、画像情報検出装置の機体毎の差や環境変化などにより、安定した色ずれ補正性能を行うカラー画像形成装置を提供できないことになる。

そこで、本発明の目的は、照明系の発光面と像担持体が略共役関係のとき、画像情報検出装置を構成する構成素子の配置誤差や、画像情報検出装置自体の配置誤差に対して、パターンの検出精度が悪化しにくい画像情報検出装置を提供することである。

上記目的を達成するための本発明の、画像形成装置により形成される画像の重なりずれを検出する検出装置は、四角形の発光面を有する光源と、前記画像を担持する像担持体と、四角形の受光面を有する受光手段と、前記発光面と前記像担持体とを共役関係にし、前記発光面から出射した光束を前記画像に導光する照明光学系と、前記像担持体と前記受光面とを共役関係にし、前記画像にて反射された光束を前記受光面に導光する受光光学系を備え、
前記像担持体上において、前記発光面の共役像の輪郭を形成する直線部と前記受光面の共役像の輪郭を形成する直線部との成す角度をｄθとするとき、
｜ｄθ｜≦１３°
なる条件を満たすことを特徴としている。
本発明の別の実施形態である、画像形成装置により形成される画像の重なりずれを検出する検出装置は、前記像担持体上において、前記発光面の共役像の輪郭を形成する直線部と前記受光面の共役像の輪郭を形成する直線部とは平行であることを特徴としている。
本発明の検出装置のさらなる実施形態においては、前記光源から出射した光束の主光線は、前記像担持体に垂直入射することを特徴とする。
本発明の検出装置のさらなる実施形態においては、前記発光面及び前記受光面の形状は、長方形又は正方形であることを特徴とする。
本発明の検出装置のさらなる実施形態においては、前記発光面の形状は一辺の長さがq₁の正方形であり、前記受光面の形状は一辺の長さがq₂の正方形であり、前記照明光学系の光学倍率をβ_１、前記受光光学系の光学倍率をβ_２としたとき、

なる条件を満たすことを特徴とする。
本発明の検出装置のさらなる実施形態は、

又は

なる条件を満たすことを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、前記検出装置と、感光ドラム面上に潜像を形成する走査光学装置と、前記潜像を現像する現像手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、クリティカル照明を採用した画像情報検出装置において、構成素子の配置誤差や画像情報検出装置自体の配置誤差が生じた際に、位置検出精度が悪化しやすいという課題を解決し、画像情報検出装置の機体毎の差や環境変化などに依存しない安定した色ずれ補正性能が得られる画像情報検出装置を提供することができる。
また、効果を得るために新たに部材を導入する必要がないため、コストの点でも有益となる。

本発明の画像情報検出装置の実施形態１の要部外略図。 本発明の画像情報検出装置で発光面の共役面の位置が、（Ａ）照明レンズ３３ａの転写ベルト側の面上（ａ）、（Ｂ）転写ベルト３４面上（ｂ）、（Ｃ）照明レンズ３３ａ面と転写ベルトの距離ｈだけ転写ベルトから光源と反対方向の位置（ｃ）であるときの光束を示す図。 本発明の画像情報検出装置で共役面を変化させたときの照射光量比を示す図。 発光面共役像１１１と受光面共役像１１２の説明図。 パターン１２１、１２２の説明図。 形成位置ずれがないときの像担持体上に形成されるパターンの説明図。 Ｍ色に形成位置ずれが生じているときの像担持体上に形成されるパターンの説明図。 パターン１２１直線部が受光面共役像中心位置１１２eに達したときの像担持体上でのパターン１２１と発光面共役像１１１、受光面共役像１１２の説明図。 設計通りに配置された非平行系の発光面共役像１１１と受光面共役像１１２の説明図。 設計通りに配置された非平行系の規格化検出信号。 設計通りに配置された非平行系の検出位置におけるパターン１２１と重複領域１３０の説明図。 配置誤差を有する非平行系の規格化検出信号。 配置誤差を有する非平行系の検出位置におけるパターン１２１と重複領域１３０の説明図。 設計通りに配置された平行系の規格化検出信号。 設計通りに配置された平行系の検出位置におけるパターン１２１と重複領域１３０の説明図。 配置誤差を有する平行系の検出位置におけるパターン１２１と重複領域１３０の説明図。 本発明の効果が有用となる略平行の定義の説明図。 本発明の効果が有用となる光学倍率の説明図。 設計通りに配置された、θa1＝35°の平行系の検出位置におけるパターン１２１と重複領域１３０の説明図。 配置誤差を有する、θa1＝35°の平行系の規格化検出信号。 配置誤差を有する、θa1＝35°の平行系の検出位置におけるパターン１２１と重複領域１３０の説明図。 本発明の画像情報検出装置の実施形態３の要部外略図。 本発明の画像情報検出装置を使用した画像形成装置の要部外略図。

図１は、実施例１の画像情報検出装置の要部副走査断面図である。図１を用いて、画像情報検出装置の構成を説明する。
画像情報検出装置は、照明手段、照明光学系、転写ベルト、受光光学系、受光手段から構成される。
照明手段はＬＥＤ光源３１からなり、ＬＥＤ光源３１の発光面３１ａの形状は、一辺が0.35mmの正方形である。発光面３１ａから出射した光束は集光部３１ｂで集光される。照明光学系は、絞り３２と照明レンズ３３ａを有する。光源３１からの光束は、絞り３２によって制限される。光学素子３３は、同一材質から成る照明光学系としての照明レンズ３３ａと受光光学系としての結像レンズ３３ｂとが一体成形された光学素子である。
光源３１から出射した光束の主光線は、転写ベルト３４面に対して垂直に入射する。各色のトナーから成る位置検出用パターンは、像担持体としての転写ベルト３４により搬送される。この転写ベルト３４上（像担持体上）に形成された位置検出用パターンは、照明光学系を経た光源３１からの光束で照明される。
受光光学系は、結像レンズ３３ｂと絞り３５を備える。転写ベルト３４面上のパターンによって散乱した光の一部は、結像レンズ３３ｂによって集光され、絞り３５により制限されて、受光手段である受光素子３６によって受光される。受光素子３６の受光面３６ａの形状は、一辺が1mmの正方形である。

図１において、転写ベルト３４面に垂直な方向をＸ方向、紙面に平行でＸ方向と垂直な方向をＹ方向、紙面に垂直な方向をＺ方向とする。Ｙ方向は画像形成装置の主走査方向、Ｚ方向は画像形成装置の副走査方向であり、Ｚ方向は位置検出用パターン（重なりずれ検出パターン）が移動する方向である転写ベルトの搬送方向である。

転写ベルト３４が位置検出用パターン（重なりずれ検出パターン）を搬送するに従って、受光光量が変化する。この受光光量の検出信号から、位置検出用パターン（重なりずれ検出パターン）の形成位置を検出し、基準位置との形成位置ずれ量を計算する。形成位置ずれ量を計算するに際し、検出信号のノイズが問題となるため、検出信号のＳ／Ｎ比を向上させることは必要である。検出信号のＳ／Ｎ比を向上させる方法として、受光光量を増やす方法がある。受光光量を増やすために、光源からの光束によって被照明位置を効率よく照明するため、照明光学系では、光源３１の集光部３１ｂと、照明光学系の照明レンズ３３ａによって、発光面３１ａと転写ベルト３４面が略光学的共役関係となるように構成する。

照明光学系の倍率β１は、発光面３１aを物点、転写ベルト３４面を像面として定義され、本実施系ではβ_１＝−2.6である。

この照明が受光光量を増やすのに有効であることを図２及び図３を用いて説明する。図２は、発光面３１ａの共役面の位置が、（Ａ）照明レンズ３３ａの裏面の位置（ａ）、（Ｂ）転写ベルト３４面上の位置（ｂ）、（Ｃ）照明レンズ３３ａの表面と転写ベルト３４面の距離ｈだけ転写ベルト３４面から光源と反対方向に離れた位置（ｃ）である場合の照明光学系の光束を示している。図３に示すように、これらの場合の転写ベルト３４面上の受光領域に照明される光量比は、共役面の位置を転写ベルト３４面上としたときに最も大きくなる。

ここで、前述の「略光学的共役関係」であるとは、物点と近軸像面との距離をＬ、近軸像面と実際の像面との距離をΔとしたとき、
｜Δ｜＜0.3Ｌ （１）
が成り立つような、物点と像面の関係を指す。この式が成り立つとき、物点の共役像が像面に投影される。
この関係が成り立つとき、転写ベルト３４面（像面）上には発光面（物点）３１ａの略共役像である発光面共役像１１１（図４参照）が投影される。そのため、発光面３１aの形状は受光面３６ａで検出される信号に影響を与える。発光面３１ａが正方形であるため、発光面共役像１１１は正方形となる。

照明光学系と同じ目的で、受光光学系においても、結像レンズ３３ｂによって、転写ベルト３４面と受光面３６ａが略光学的共役関係となるようにしている。この略光学的共役関係により、転写ベルト３４面の傾きに対する受光光量の敏感度が低減するという効果も得られる。

受光光学系の倍率β_２は、転写ベルト３４面を物点、受光面３６ａを像面として定義され、本実施系ではβ_２＝−1.4である。

受光面３６ａを物点、転写ベルト３４面を像面としたときの略共役像である受光面共役像１１２（図４参照）を考える。受光素子３６では、受光面共役像１１２領域からの散乱光を受光している。そのため、受光面３６ａの形状が受光面で検出する信号に影響を与える。

本実施系の受光光学系は、転写ベルト３４面の垂直方向（−Ｘ方向）に対して25°の角度で配置されている。このため、受光面共役像１１２は、その領域内で主走査方向の倍率が異なり、正確な正方形でなく、ひずんだ形状になる。しかし、本発明の効果を説明するに当たって問題とはならないため、以下、受光面共役像が正方形であるとして説明する。

図４に、転写ベルト３４上の発光面共役像１１１、受光面共役像１１２を示す。発光面共役像１１１の４つの直線部を１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ、中心位置を１１１ｅとする。直線部１１１ａと直線部１１１ｃが平行で、直線部１１１ｂと直線部１１１ｄが平行である。直線部１１１ｄ、１１１ｃとＺ方向とが成す角度θa1、θa2はそれぞれ45°、135°である。発光面の一辺が0.35mm、光学倍率β₁＝−2.6より、発光面共役像１１１の一辺は0.91mmとなる。

受光面共役像１１２の輪郭を形成する４つの直線部を１１２a、１１２b、１１２c、１１２d、中心位置を１１２eとする。１１２aと１１２cが平行で、１１２bと１１２dが平行である。発光面共役像１１１の中心位置（発光面共役像中心位置）１１１eと受光面共役像１１２の中心位置（受光面共役像中心位置）１１２eは一致している。直線部１１２d、１１２cとＺ方向とが成す角度θb1、θb2はそれぞれ略45°、略135°である。受光面の一辺が1mm、光学倍率β₂＝−1.4より、受光面共役像１１２の輪郭の一辺は0.71mmとなる。

図５に、転写ベルト３４面上のパターンを示す。パターンは長方形をしており、その長手方向の幅は発光面共役像１１１や受光面共役像１１２に対して十分長い。短手方向の幅は、受光面共役像１１２の幅と略等しい。パターンは、パターン１２１、パターン１２２の２種類がある。パターン１２１の輪郭を形成する４つの直線部を１２１a、１２１b、１２１c、１２１d、中心位置を１２１eとする。また、パターン１２２の輪郭を形成する４つの直線部を１２２a、１２２b、１２２c、１２２d、中心位置を１２２eとする。直線部１２１aと１２１cは平行で、パターン１２２の直線部１２２aと１２２cは平行である。直線部１２１b、１２２cとＺ方向とが成す角度θc１、θc２はそれぞれ45°、135°である。
このため、発光面共役像１１１の直線部と、受光面共役像１１２の直線部とパターン１２１、１２２の直線部は略平行となる。

図６は、各色の形成位置ずれ量を検出するための、転写ベルト３４面上に形成されるパターンを示した図である。この図は、パターンの形成位置ずれが生じていない理想的な場合のものである。パターン内部のドットは、パターンの中心位置を示す。
Ｚ軸に平行で、受光面共役像中心位置１１２ｅを通り、転写ベルト３４面に張り付いたＫ軸を考える。パターンはその中心位置が決められた間隔となるようにＫ軸上に並んでいる。

図６では、イエロー（Ｙ）色、マゼンタ（Ｍ）色、シアン（Ｃ）色、ブラック（Ｂｋ）色の順で並び、且つ、パターン１２１（左上りの該４色のパターンのセット）、パターン１２２（右上りの該４色のパターンのセット）の順に並んでいるが、本発明は、これに限定されるものではない。転写ベルト３４は速度Ｖでパターンを搬送する。対応するＫ座標が受光面共役像中心位置１１２ｅに到達したときの検出信号を、図６に併記する。

画像情報検出装置では、パターンの直線部が受光面共役像中心位置１１２ｅを通過したときの時間ｔを検出する。検出時間は、基準色（本実施例ではイエロー色）のパターンの検出時刻を基準とする。また、検出時のＫ座標を検出位置とする。検出位置は、基準色パターンの検出位置を基準とする。

パターンの検出位置Ｌは、検出時間ｔと速度Ｖから

となる。形成位置ずれが生じていないとき、パターンは決められた間隔で配置されるので、検出位置Ｌは既知である所定の値をとる。この位置を「検出予定位置」とする。

図６に例示したマゼンタ色については、パターン１２１の検出位置L1は検出時間t1より、

で算出され、パターン１２２の検出位置L2は検出時間t2より、

で算出される。この例では形成位置ずれが生じていないため、検出位置Ｌ１、Ｌ２は検出予定位置と等しく、既知の所定の値となる。

図７に、マゼンタ色に形成位置ずれが生じたときのパターンを示す。マゼンタ色パターンの中心位置の、形成位置ずれがない場合とのずれ量が、マゼンタ色の形成位置ずれ量である。併せてこのときの検出信号を示す。形成位置ずれがない場合の検出位置と検出時間を点線で示している。検出位置と検出予定位置にずれが生じている。このずれ量を「検出ずれ量」として、パターン１２１、１２２の検出ずれ量ｄ１、ｄ２を以下のように定義する。

ここで、t3及びt4は、パターン１２１、１２２の検出時間、Ｌ３及びＬ４は、パターン１２１、１２２の検出位置である。

この検出ずれ量から、主走査方向の形成位置ずれ量ΔY、副走査方向の形成位置ずれ量ΔZは、それぞれ、

と算出することができる。この結果が、基準色に対する主副走査方向のマゼンタ色の色ずれ量となる。

図８は、パターン１２１の直線部１２１bが受光面共役像中心位置１１２eに到達した時点の、転写ベルト３４上の発光面共役像１１１、受光面共役像１１２、パターン１２１を示している。転写ベルト３４によってパターンを搬送したとき、パターンと発光面共役像１１１との重複領域１３１で散乱が起きる。その散乱光の内、重複領域１３１と受光面共役像１１２との重複領域１３０からの散乱光が受光素子３６で受光される。

ここで、発光面３１aは、面内で一様に発光しているため、その共役像である発光面共役像１１１内の照明強度分布も一様となる。また、発光面共役像１１１領域以外では、照明強度は極端に低下する。
同様に、受光面３６aの感度は、受光面内で一様であるため、その共役像である受光面共役像１１２内の受光感度分布も略一様となる。また、受光面共役像１１２領域以外では、受光感度はない。ここで、略と付けたのは、受光面共役像１１２が略正方形であるとの先の議論による。

さらに、パターンによる散乱は略等方性散乱であるため、受光面に向かう光量は、散乱領域の面積に略比例する。これらのことから、受光光量は重複領域１３０の面積に略比例する。パターンが移動することによって、重複領域１３０の面積が変化するため、受光光量が変化し、検出信号となる。

本発明について説明する前に、本実施例の比較となる系を取り上げて、本発明が解決する課題について説明する。
比較となる系として、発光面共役像直線部１１１d、１１１cとＺ方向とが成す角度θa1、θa2がそれぞれ90°、0°である点のみ本実施例と異なる系を取り上げる。この系の発光面共役像１１１と受光面共役像１１２を図９に示す。このとき、発光面共役像１１１と受光面共役像１１２との間において平行関係となる直線部の組み合わせは存在しない。このような系を非平行系と定義する。この系において、Ｋ座標上の位置ｋが受光面共役像中心位置１１２eに到達したときの重複領域１３０の面積Ｓ（ｋ）を考える。
以下、パターン１２１について議論するが、パターン１２２についても同様である。

図１０に、横軸をＫ座標、縦軸を重複領域１３０の面積Ｓ（ｋ）とした検出信号を示す。ここで、重複領域１３０の面積Ｓ（ｋ）は重複領域１３０の最大値Smaxを1として規格化している。重複領域１３０の面積Ｓ（ｋ）が最大となるとき、重複領域１３０は、発光面共役像１１１と受光面共役像１１２との重複領域１３２（図１１参照）と等しくなる。

通常、重複領域１３０の面積Ｓ（ｋ）は、
Ｓ（ｋ）＝Smax／2 （９）
となるときに受光面共役像中心位置１１２eに到達したＫ座標上の位置ｋを、パターンの検出位置とする。つまり、面積Ｓ（ｋ）がSmax／2 となるとき、パターンの直線部が受光面共役像中心位置１１２eに到達したとみなしている。
これに対し、パターンの直線部とＫ軸の交点となるＫ座標上の位置を実位置とする。説明のため、検出信号を示すグラフのＫ軸の原点は、実位置とする。
図１１に、検出位置での発光面共役像１１１、受光面共役像１１２、パターン１２１を示すように、検出位置と実位置が一致している。

次に、光源３１が0.1mm主走査方向（Ｙ方向）にシフトして配置されるという配置誤差が生じた場合を考える。図１２に、この場合の、横軸をＫ座標、縦軸を重複領域１３０の面積Ｓ（ｋ）とした規格化検出信号を示す。また、図１３に、検出位置での発光面共役像１１１、受光面共役像１１２、パターンを示す。配置誤差のため、発光面共役像中心位置１１１eがずれ、重複領域１３２の形状が受光面共役像中心位置１１２eについて、主副走査方向に非対称となる。

このとき、この非対称性から、Ｓ（ｋ）＝Ｓmax／2 となるときに受光面共役像中心位置１１２eに到達したＫ座標上の位置ｋは、パターン１２１直線部とＫ軸の交点となるＫ座標とは異なる。つまり、検出位置と実位置が異なる。このように、重複領域１３２が、受光面共役像中心位置１１２eについて主副走査方向に対称でない場合、検出位置と実位置が異なる。この差分量を「検出誤差量」と定義し、この検出誤差量によって生じる、主副走査方向の位置誤差量を「検出位置誤差量」と定義する。

このときの検出位置誤差量は、Ｙ方向に12.2μm、Ｚ方向に0μmとなる。設計通りに配置された場合は、検出誤差量はないので、この分が非平行系における検出位置誤差量の変化量となる。
検出位置誤差量は、即ち画像情報検出装置の検出精度を意味する。光源が配置される位置の誤差である配置誤差によって検出位置誤差量が変化するということは、配置誤差によって検出精度が変化するということである。つまり、配置誤差による検出位置誤差量の変化量は、画像情報検出装置の機体毎の差や環境変化による色ずれ補正性能の安定性を意味する。

本発明は、この画像情報検出装置の機体毎の差や環境変化による色ずれを補正する性能の安定性を高めることを目的とする。

以下、本発明について説明する。
本実施例の特徴は、図６に示したように、発光面共役像直線部１１１d、１１１cとＺ方向とが成す角度θa1、θa2をそれぞれ45°、135°とし、発光面共役像１１１と受光面共役像１１２の直線部に平行関係となる組み合わせが存在するようにしたことである。このような系を平行系と定義する。本実施例では、発光面共役像直線部１１１dと受光面共役像直線部１１２dの成す角度が0°となる。

非平行系の場合と同様に、図１４に、横軸にＫ座標、縦軸に重複領域１３０の面積Ｓ（ｋ）とした規格化検出信号を示す。また、図１５に、検出位置での発光面共役像１１１、受光面共役像１１２、重なりずれ検出パターン１２１を示す。重複領域１３２の形状が受光面共役像中心位置１１２eについて、主副走査方向に対称となっているため、検出位置誤差量は発生しない。

次に、非平行系の場合と同様に、光源３１が0.1mm主走査方向（Ｙ方向）にシフトして配置されるという配置誤差が生じた場合を考える。

図１６に、検出位置での発光面共役像１１１、受光面共役像１１２、パターンを示す。図１６を見てわかるように、平行系では、配置誤差によって発光面共役像中心位置１１１eと受光面共役像中心位置１１２eがずれていても、重複領域１３２が変化していない。このため、規格化検出信号は、図１４に示した設計通りに配置された場合と等しくなる。検出位置誤差量も、設計通りに配置された場合と同様に検出位置誤差量は発生しない。このことから、平行系において、配置誤差による検出位置誤差量の変化はない。

このように、平行系では、配置誤差によって発光面共役像中心位置１１１eと受光面共役像中心位置１１２eにずれが生じた時でも、幾何学的に重複領域１３２が変化しにくい。このため、配置誤差による検出位置誤差量の変化が小さく、画像情報検出装置の機体毎の差や環境変化による色ずれ補正性能が安定となるという効果が得られる。

ここで、受光面共役像１１２は正確な正方形でないという先の議論より、重複領域１３２は受光面共役像中心位置１１２eについて正確に主副走査方向に対称とはならない。そのため、厳密に言えば、検出位置誤差量は如何なる場合でも発生する。しかし、このことは本発明の効果に影響を与えないため、これまでの本発明の説明に問題はない。

ここで、照明光の主光線を転写ベルト３４に対して垂直入射としているのは、発光面共役像１１１を、その発光面共役像中心位置１１１eについて主走査方向及び副走査方向に対称とするためである。このことにより、発光面共役像中心位置１１１eと受光面共役像中心位置１１２eが等しいとき、重複領域１３２が受光面共役像中心位置１１２eについて主副走査方向に極力対称となるようにしている。結果、検出精度が向上している。
本実施例では、重なりずれ検出パターンが、向かい合う一対の辺が平行となる形状である長方形とした。
以下、重なりずれ検出パターン１２１についてこの効果を説明するが重なりずれ検出パターン１２２も同様である。

直線部１２１ｂと１２１ｄが平行であるため、直線部１２１ｂが受光面共役像中心位置１１２ｅに到達した際の検出信号の検出位置誤差量と、直線部１２１dが受光面共役像中心位置１１２eに到達した際の検出信号の検出位置誤差量は理論的に等しくなる。つまり、検出信号の立上りと立下りで同じ検出位置誤差量の情報を得ることができる。検出信号の立上りと立下りの二つの検出を行い、検出位置の平均をとることで、信号に乗ったノイズの影響を軽減でき、検出精度を向上させることができる。これまで、受光面共役像１１２の方が発光面共役像１１１よりも小さい場合について説明してきたが、発光面共役像１１１の方が受光面共役像１１２よりも小さい場合についても同様である。

ここで、これまで論じてきた「略平行」を図１７を参照しながら定義する。多くの場合、発光面共役像１１１と受光面共役像１１２は正方形であり、その中心位置１１１eと１１２eは設計通りに配置された場合に等しい。
発光面共役像１１１の一辺の長さをj₁、受光面共役像１１２の一辺の長さをj₂、発光面共役像１１１と受光面共役像１１２の直線部が成す角度をdθ（0度≦dθ＜45度）とする。以下では、j₂＜j₁である場合について説明するが、j₁＜j₂である場合についても同様である。

が満たされるとき、設計通りに配置された場合において、重複領域１３２と受光面共役像１１２の形状は一致する。少なくとも、設計時の配置においてこの条件が満たされていないと、光源や受光素子が所定の位置に対してずれて配置された場合（配置誤差を有する時）、受光面共役像中心位置１１２eについての重複領域１３２の対称性は変化する。そのため、配置誤差がある場合には、前述した検出位置ずれ量が発生する。
このため、本発明では、少なくとも、設計通りに配置された場合において、重複領域１３２と受光面共役像１１２の形状が一致することを略平行の定義とした。

j₂＝j₁となるとき、発光面共役像１１１と受光面共役像１１２の直線部が成す角度dθが０でないと、略平行とはならない。このように、発光面共役像１１１の一辺の長さj₁と受光面共役像１１２の一辺の長さj₂の差が小さい場合は、略平行となる発光面共役像１１１と受光面共役像１１２の直線部が成す角度dθの範囲が小さく、光源や受光素子の配置誤差に対して敏感となる。

そのため配置誤差に対して敏感とならないように、通常、少なくとも、

が成り立つ程度に、発光面共役像１１１と受光面共役像１１２の大きさを調整する。

この範囲において最も配置誤差に対する敏感度が高くなりやすい、1.2×j₂＝j₁、となるときの略平行が成り立つdθの条件は、図１７に示す発光面共役像１１１と受光面共役像１１２の関係と、上記した略平行の定義式より、

と求めることができる。式（１２）で考慮したのは、図１７に図示した左右の方向であるが、垂直方向に対しても同様の関係が成立する必要があるため、

と求めることができる。ここで、発光面共役像１１１と受光面共役像１１２は双方共に正方形であって、４回回転対称であるため、発光面共役像１１１と受光面共役像１１２の対応する直線部がなす角度の差dθは、−45°から＋45°の範囲であることから、

となる。このことから、1.2×j₂ ≦ j₁ の条件下において、｜dθ｜≦13°を略平行の定義とする。言い換えると、発光面共役像１１１の輪郭を形成する一つの直線と像担持体が移動する所定の方向との成す角度をθaとし、受光面共役像１１２の輪郭を形成する一つの直線部と移動方向との成す角度をθbとするとき、｜θa−θb｜≦13°を満たす少なくとも一組のθa、θbの組み合わせが存在するときに、略平行であると定義する。この関係式を満たしている時、配置誤差が生じても、重複領域１３２が変化しにくく、検出精度が安定する。この関係を満たしていないと、本発明の効果は十分には得られない。

次に、本発明が効果を発揮するのに適した発光面共役像１１１と受光面共役像１１２の大きさについて説明する。
多くの場合、発光面共役像１１１と受光面共役像１１２は共に正方形であり、発光面共役像１１１の方が受光面共役像１１２より大きい。以下では、発光面共役像１１１の方が受光面共役像１１２より大きい場合（j₂＜j₁）について説明するが、発光面共役像１１１の方が受光面共役像１１２より小さい場合（j₁＜j₂）についても同様であることに留意されたい。

理想的には、発光面共役像中心位置１１１ｅと受光面共役像中心位置１１２ｅは設計通りに配置された場合に等しい。配置誤差によって、発光面共役像中心位置１１１ｅと受光面共役像中心位置１１２ｅに生じる相対位置ずれ量をｐとする。配置誤差が生じた際に、重複領域１３２が平行系と非平行系とで等しければ、本発明の効果は得られない。つまり、発光面共役像１１１が受光面共役像１１２より十分大きい場合は、平行系であろうと、非平行系であろうと、配置誤差に対して十分強く、本発明の効果があるとは言い難い。この観点から、本発明の有効な範囲を規定する。

本発明の効果が得られない臨界時の例として非平行系において、重複領域１３２と受光面共役像１１２の形状が一致しなくなる直前の相対位置ずれ量ｐの場合における、発光面共役像１１１と受光面共役像１１２を図１８に示す。図１８より、本発明の効果を得るためには

を満たす必要がある。この式を満たさない場合は、平行系であろうと、非平行系であろうと、重複領域１３２と受光面共役像１１２の形状が一致し、配置誤差に対して鈍感となるため、本発明の効果を得ているとは言い難い。通常、受光面共役像１１２の一辺の長さj₂は、配置誤差に対して敏感とならないように調整されるため、配置誤差による相対位置ずれ量ｐが、j₂／2 より大きいことは考えにくい。そのため、本発明の効果は

を満たす範囲において得られると言える。

j₁、j₂を、発光面の一辺の長さq₁、受光面の一辺の長さq₂、光学倍率β₁、β₂で表すと、

となる。これらから、

が成り立つことを、本発明が有効である境界とした。この式が満たされないとき、本発明の効果は小さい。

以上、本実施例においては、発光面共役像の直線部と受光面共役像の直線部が略平行関係となるよう配置した。これにより、配置誤差に対して検出精度が安定する。
また、照明光の主光線を像担持体に垂直入射させる構成とし、式（２０）が成り立つように配置し、さらに、パターンを向かい合う一対の辺が平行となる形状である長方形とすることにより、ノイズを軽減でき、検出精度を向上させている。

また、式（２０）以外の、本発明が有効である境界について説明する。発光面共役像１１１の一辺の長さj₁と受光面共役像１１２の一辺の長さj₂を、発光面の一辺の長さq₁、受光面の一辺の長さq₂、光学倍率β₁、β₂で表すと、式（１１）は

のように書ける。式（２１）を満たしていない場合、略平行となる発光面共役像１１１と受光面共役像１１２の直線部が成す角度dθの範囲が小さい。つまり、称呼時に平行系であろうと、配置誤差に対して十分敏感であるため、本発明の効果は小さい。そこで、式（２１）が成り立つことを本発明が有効である境界とした。
ここで、これまで、式（２１）を満たす場合について記載したが、本発明はこれに限定されることはなく、

を満たす場合であっても、全く同様の効果が得られることに留意されたい。

本発明の実施例２として、発光面共役像直線部１１１ｄがＺ方向と成す角度θa1が35°、受光面共役像直線部１１２ｄがＺ方向と成す角度θb1が45°であり、すなわち、発光面共役像直線部１１１ｄと受光面共役像直線部１１２ｄの成す角度dθは、10°となる場合を考える。その他の構成は実施例１のものと同様である。
以下、実施例１と同様に重なりずれ検出パターン１２１について述べるが、重なりずれ検出パターンパターン１２２についても同様である。

図１９に、検出位置での発光面共役像１１１、受光面共役像１１２、重なりずれ検出パターン１２１を示す。このときの規格化検出信号は、図１４に示したものと等しい。
実施例１と同様に、配置誤差として、光源３１が0.1mm主走査方向にシフトして配置された場合を考える。図２０に、横軸をＫ座標、縦軸を重複領域１３０の面積Ｓ（Ｋ）とした規格化検出信号を示す。図２１に、検出位置での発光面共役像１１１、受光面共役像１１２、パターン１２１を示す。このときの検出位置誤差量は、Ｙ方向に4.2μm、Ｚ方向に0.5μmとなる。設計上の配置では検出誤差量は0μmなので、この分が検出位置誤差量の変化量となる。

実施例１で取り上げた非平行系と比較して、検出位置誤差量の変化量が小さい。このように、配置誤差が生じた場合でも、平行系に近いほど重複領域１３２の変化が小さく、検出位置誤差量の変化量が小さくなり、検出精度が安定する。
このことから、発光面共役像直線部１１１ｄと受光面共役像直線部１１２ｄの成す角度が10°の場合でも、本発明の効果が得られることがわかる。

本実施例では、図７に示したように、パターン直線部１２１ｂ、１２２ｃとＺ方向（搬送ベルト３４の搬送方向、像担持体の移動方向）とが成す角度θc1、θc2をそれぞれ45°、135°とし、発光面共役像１１１と受光面共役像１１２の直線部に平行となる組み合わせが存在する構成とした。これは、実施例１の実施形態と同様である。このような系をパターン平行系と定義する。

これまで、平行系に近いほど配置誤差に対して重複領域１３２の面積が変化しにくく、結果として重複領域１３０が変化しにくいため、配置誤差による検出位置誤差量が変化しにくくなることを説明した。

パターン平行系においても、平行系と同様の議論から、パターン平行系に近いほど重複領域１３０が変化しにくいため、配置誤差による検出位置誤差量が変化しにくくなる。そのため、本実施例のように設計された配置に対して検出位置誤差量の変化が生じる程の配置誤差が生じた場合でも、配置誤差による検出位置誤差量の変化が小さくなり、検出精度は安定する。

これらのことから、製造誤差も考慮して、パターン直線部１２１ｂ、１２２ｃとＺ方向とが成す角度θc1、θc2がそれぞれ45°±5°、135°±5°となる構成、すなわち、
40°≦θc1≦50°、130°≦θc2≦140° （２３）
を満たすような構成が、本発明の効果を得るために望ましい。

本発明の実施例３として、正反射光を受光する画像情報検出装置を取り上げる。

図２２に実施例３の画像情報検出装置の要部副走査断面図を示す。図２２を用いて、画像情報検出装置の構成を説明する。
画像情報検出装置は、照明手段、照明光学系、転写ベルト、受光光学系、受光手段から構成される。
照明手段は、ＬＥＤ光源２０１であり、ＬＥＤ光源２０１の発光面２０１ａの形状は、一辺が0.35mmの正方形である。発光面２０１ａからの光束は、集光部２０１ｂで集光される。光学素子２０３は、同一材質から成る照明光学系としての照明レンズ２０３ａと受光光学系としての結像レンズ２０３ｂとが一体成形された光学素子である。トナーから成る位置検出用のパターンは、像担持体としての転写ベルト２０４によりＺ方向に移動する。受光光学系は、結像レンズ２０３ｂと、結像レンズ２０３ｂからの光束を制限する絞り２０５を有する。受光手段としての受光素子２０６の受光面２０６ａは、一辺が1mmの正方形である。

図２２の、転写ベルト２０４面に垂直な方向をＸ方向、紙面に平行でＸ方向と垂直な方向をＹ方向、紙面に垂直な方向をＺ方向とする。Ｙ方向は画像形成装置の主走査方向、Ｚ方向は画像形成装置の副走査方向であり、Ｚ方向は位置検出用パターンが移動する方向である転写ベルトの搬送方向である。

光源２０１から出射した光束は、照明レンズ２０３ａを介して、転写ベルト２０４面上を照明する。転写ベルト２０４面上のパターンによって散乱した光は、結像レンズ２０３ｂによって集光され、絞り２０５により光束を制限されて、受光素子２０６によって受光される。
受光光量を増やすために、照明光学系では、集光部２０１ｂと照明レンズ２０３ａによって、発光面２０１ａと転写ベルト２０４面が略光学的共役関係となるようにしている。照明光学系の倍率β₃は、発光面２０１ａを物点、転写ベルト２０４面（像担持体面）を像面として定義され、本実施系ではβ₃＝−2.6である。

転写ベルト２０４面上には発光面２０１ａの略共役像である発光面共役像２１１が投影される。光源２０１から出射した光束の主光線は、転写ベルト２０４面に対して約25°の入射角度で入射する。このため、発光面２０１ａは正方形であるが、発光面共役像２１１は、その領域内で主走査方向の倍率が異なり、正確な正方形でなく、ひずんだ形状になる。

照明光学系と同じ目的で、受光光学系においても、結像レンズ２０３ｂによって、転写ベルト２０４面と受光面２０６ａが略光学的共役関係となるようにしている。受光光学系の倍率β₄は、転写ベルト２０４面（像担持体面）を物点、受光面２０６ａを像面として定義され、本実施系ではβ₄＝−1.4である。

実施例１と同様に、受光面２０６ａを物点、転写ベルト２０４面を像面としたときの略共役像である受光面共役像を考える。受光素子２０６では、受光面共役像領域からの散乱光を受光している。
本実施系の受光光学系は、転写ベルト２０４面の垂直方向（−Ｘ方向）に対して25°の角度で配置されている。このため、受光面共役像は、その領域内で主走査方向の倍率が異なり、正確な正方形でなく、ひずんだ形状になる。
しかし、本発明の効果を説明するに当たって発光面共役像と受光面共役像の形状のひずみは問題とならない。本実施系において、本発明が有益であることは、実施例１に記した議論と同様であるため、省略する。
本実施例１〜３の光源の発光面及び受光手段の受光面の形状は、共に正方形であったが、本発明は、正方形に限定されない。
本実施例１〜３の光源の発光面及び受光手段の受光面の形状は、共に長方形でも良い。
また、本実施例１〜３の光源の発光面及び受光手段の受光面の形状は、四角形である台形、菱形、等の矩形でも良い。

以下、これまで論じた画像情報形成装置を有する画像形成装置について説明する。
図２３は本発明の画像情報検出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要部概略図である。

まず、図２３のデジタルフルカラー複写機の構成及び作用について説明する。
原稿読取部８０において、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上に像を形成させ、読取っている。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。

フルカラー画像形成部１０には第１〜第４の４つの画像形成ステーション（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。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。

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転写ベルト（像担持体）６１が配置され、その転写ベルト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。

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。

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パターンとして可視像化され転写手段６ａでシアンパターンが転写ベルト６１の表面に転写される。
一方、上記シアンパターンが転写ベルト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パターンが得られ、先の第１の画像形成ステーションＰａで転写が終了した転写ベルト６１に転写手段６ｂにて精度よくマゼンタパターンが重ねて転写される。

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、転写ベルト６１に４色のパターンの重ね合わせが終了すると、転写ベルト６１上の4色パターンは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で転写されたパターンが加熱定着され、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。

尚、転写が終了した複数の感光ドラム（２ａ〜２ｄ）のそれぞれは、クリーニング手段（４ａ〜４ｄ）によって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。

６９は画像情報検出装置である。同図において転写ベルト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情報検出装置が各々配置されている。
尚、転写ベルト６１の面は鏡面に近い状態となっている。

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パターン６９ａを形成する。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用パターンは左右１つとして取扱う。画像情報検出装置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は制御部によって制御される。
なお、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ…感光ドラム
３１、２０１…光源手段
３１ａ、２０１ａ…発光面
３１ｂ、２０１ｂ…集光部
３３、２０３…照明レンズ、結像レンズ一体素子
３３ａ、２０３ａ…照明レンズ
３３ｂ、２０３ｂ…結像レンズ
３６、２０６…受光手段
３６ａ、２０６ａ…受光面
６９…画像情報検出装置
１２１、１２２…パターン
１１１…発光面共役像
１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ…発光面共役像１１１の直線部
１１２…受光面共役像
１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ…受光面共役像１１２の直線部

Claims (7)

1. 画像形成装置により形成される画像の重なりずれを検出する検出装置であって、
   四角形の発光面を有する光源と、
   前記画像を担持する像担持体と、
   四角形の受光面を有する受光手段と、
   前記発光面と前記像担持体とを共役関係にし、前記発光面から出射した光束を前記画像に導光する照明光学系と、
   前記像担持体と前記受光面とを共役関係にし、前記画像にて反射された光束を前記受光面に導光する受光光学系と、
   を有し、
   前記像担持体上において、前記発光面の共役像の輪郭を形成する直線部と前記受光面の共役像の輪郭を形成する直線部との成す角度をｄθとするとき、
   ｜ｄθ｜≦１３°
   なる条件を満たすことを特徴とする検出装置。
2. 前記像担持体上において、前記発光面の共役像の輪郭を形成する直線部と前記受光面の共役像の輪郭を形成する直線部とは平行であることを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
3. 前記発光面及び前記受光面の形状は、長方形又は正方形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の検出装置。
4. 前記発光面の形状は一辺の長さがｑ_１の正方形であり、前記受光面の形状は一辺の長さがｑ_２の正方形であり、前記照明光学系の光学倍率をβ_１、前記受光光学系の光学倍率をβ_２、とするとき、
   

   

   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の検出装置。
5. 

   又は
   

   

   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の検出装置。
6. 前記光源から出射した光束の主光線は、前記像担持体に垂直入射することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の検出装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の検出装置と、感光ドラム面上に潜像を形成する走査光学装置と、前記潜像を現像する現像手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。

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