(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画像出力手段を媒体上に沿って並設して前記媒体上に各色画像を転写してカラー画像を形成する画像形成装置において、
前記複数の画像出力手段によって前記媒体上に形成された各色画像の位置ずれ量を検出する位置ずれ検出手段を備え、
前記位置ずれ検出手段は、複数の発光部からなる照射手段と複数の受光部からなる受光手段とし、前記照射手段からの光束を前記媒体上に照射する複数のレンズ面を主方向に配列してなる照射用光学系と、前記媒体上に照射された光束の反射光を前記受光手段で受光できるように、前記反射光を前記受光手段に照射する複数のレンズ面を主方向に配列してなる受光用光学系とを有し、
前記位置ずれ量の検出は、前記複数の画像出力手段によって前記媒体上に形成された位置ずれ検出用パターンで行い、
前記位置ずれ検出パターンの位置は、前記複数の発光部からなる照射手段と前記複数のレンズ面を主方向に配列してなる照射用光学系によって前記媒体上に照射される複数の照射スポットの内の、下記の（１）式を満足する少なくとも２つ以上の照射スポットの各々の反射光の検出結果から算出されることを特徴とする画像形成装置。
Ｆ＞（Ｎ−１）×Ｌ＋Ｄｓ                            （１）
Ｆ：位置ずれ検出パターンの主方向幅
Ｎ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの数
Ｌ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの主方向間隔
Ｄｓ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの主方向スポット径
【請求項２】
前記位置ずれ検出用パターンの位置検出に用いられる照射スポットを形成する発光部だけを発光することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記複数の発光部からなる照射手段と前記複数のレンズ面を主方向に配列してなる照射用光学系によって前記媒体上に照射される各々の照射スポットの副方向のスポット径Ｄｆは、前記位置ずれ検出用パターンの線幅をＷとすると、Ｄｆ≦Ｗであることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記複数の発光部は検出時に時分割点灯することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記位置ずれ検出用パターンは主方向に平行な直線であり、該位置ずれ検出用パターンの副方向位置は下記の（２）式により算出されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【数１】
0005509951.tif 000006
Ｙ１：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの各々の反射光の検出結果から算出される該主方向に平行な直線の副方向位置
Ｙ１ｎ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの中のｎ番目の照射スポットの反射光の検出結果から算出される該主方向に平行な直線の副方向位置（ｎは整数）
Ｎ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの数
【請求項６】
前記位置ずれ検出パターンは主方向に平行な直線と主方向に対して角度をもつ直線とを副方向に配列したものからなり、該主方向に平行な直線の副方向位置は下記の（２）式によって算出され、該主方向に対して角度を持つ直線の副方向位置は下記の（３）式によって算出されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【数２】
0005509951.tif 000007
Ｙ１：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの各々の反射光の検出結果から算出される該主方向に平行な直線の副方向位置
Ｙ１ｎ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの中のｎ番目の照射スポットの反射光の検出結果から算出される該主方向に平行な直線の副方向位置（ｎは整数）
Ｎ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの数
【数３】
0005509951.tif 000008
θ：主方向に対して角度を持つ直線の主方向に対する角度
Ｌ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの主方向間隔
Ｙ２ｎ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの中のｎ番目の照射スポットの反射光の検出結果から算出される主方向に対して角度を持つ直線の副方向位置（ｎは整数）
Ｙ２：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの反射光の検出光から算出される該主方向に対して角度を持つ直線の副方向位置
Ｎ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの数
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカラー画像を形成する画像形成装置に係り、詳しくは各色画像の位置ずれ量検出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数色のトナーによるカラー画像を形成する画像形成装置は、アナログ方式やデジタル方式のカラー複写機やプリンタ、ファクシミリ装置、近来はマルチファンクションプリンタ（ＭＦＰ）等として広く実施されている。
【０００３】
この種の画像形成装置は、複数の画像出力手段を搬送ベルト上に沿って並設して、該搬送ベルトにより搬送される用紙上に各色画像を順番に転写してカラー画像を形成する。画像出力手段は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ）の色ごとに設けられている。これらの画像出力手段は、感光体ドラム、その周囲に配置された帯電器、露光器、現像器、感光体クリーナを具備する。すなわち、感光体の表面は帯電器により一様に帯電され、その帯電部分が露光器から出射されたレーザ光によって露光され、これにより感光体ドラム上に静電潜像が形成され、この静電潜像は現像器により現像される。
【０００４】
一方、用紙は搬送ベルトにより搬送され、第１の画像出力手段（例えば、イエロー用）に搬送され、ここで感光体ドラム上のトナー画像が用紙に転写される。用紙は搬送ベルトにより順次下流側の他の画像出力手段に搬送され、そこで他の色のトナー画像が重ねて転写される。転写が終わった感光体ドラムは表面に残った不要なトナーが感光体クリーナによってクリーニングされ、次の画像出力に備えることとなる。このように、各色のトナー画像が転写された用紙は転写ベルトから剥離されて定着器に搬送され、ここで転写されたトナーが定着され、排紙される。
【０００５】
このようなカラー画像形成装置では、用紙の上に順次重ね転写される各色のトナー画像が本来位置すべき転写位置からずれると、各色のトナー画像が正しく重ならずに色ずれが発生し、形成されるカラー画像の画像品質が著しく低下するという問題がある。
【０００６】
各色のトナー画像の位置ずれとしては、各画像出力手段に設けられている感光体ドラムの軸間間隔の誤差により生じる副走査レジストずれ、各画像出力手段に設けられている感光体ドラムの主走査方向の傾きの不揃いや光学系の傾きが原因となって生ずる傾きずれ、画像の書き出し位置がずれることが原因となって生ずる主走査レジストずれ、各色ごとに走査線の長さが異なることが原因となって生ずる倍率ずれ、などが挙げられる。
【０００７】
このような各色のトナー画像の位置ずれに対処するため、従来から様々な位置ずれ調整方法が採られている。副走査レジストずれ、主走査レジストずれに対しては、露光器により静電潜像を書き込むときの走査タイミングを調整する方法などが採られ、傾きずれに対しては、各画像形成手段の光路の途中に設けられている折り返しミラーなどの傾きを調整する方法や折り返しミラーを変位させる方法などが採られている。
【０００８】
そして、各色のトナー画像の位置ずれを検出するために、搬送ベルトの搬送方向（副走査方向）と直交する主走査方向に少なくとも３個のセンサを配列し、搬送ベルトの表面のセンサによって読み取られる各々の位置に、位置ずれ検出用パターン（位置検出用トナーマーク）を各画像出力手段によって作成し、これらの位置ずれ検出用パターンを各センサによって読み取り、そのときのセンサの出力を基に各色のトナー画像の位置ずれを検出し、その位置ずれの状態に応じて画像出力手段が感光体ドラム上に形成する画像の位置を補正するようになされている。
【０００９】
カラー画像を形成する画像形成装置において、各色トナーの位置ずれを検出して補正する技術は従来から種々のものが提案され知られている（例えば、特許文献１〜５参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来は一般に位置ずれ検出用センサは１つの発光部と受光部の組からなり、位置ずれ検出用パターンの平均化されたパターン位置を検出できるように、発光部から出射して媒体（搬送ベルト）上に照射される照射スポットの径が位置ずれ検出用パターンの線幅よりも大きい場合が一般的であった。このため、照射スポットが位置ずれ検出用パターン上を照射している時でも、照射スポット内に位置ずれ検出用パターンからはみ出した領域が存在し、パターンを照射することによる反射光の低下率を小さくさせ、パターン検出時のＳＮ比を低下させていた。
【００１１】
また、媒体のばたつきにより、媒体上での検出光の反射角度が変わり、受光部に入射される検出光の光量分布が変わることによって、位置ずれ検出パターンを検出したときの検出プロファイルが非対称になり、検出誤差を生じさせる場合があった。その検出誤差は、検出プロファイルの立ち下がり、立ち上がり時の非対称性によるもので、媒体上での検出スポット径により検出プロファイルが非対称になる時間が決まり、媒体上での検出スポット径が大きいと検出誤差時間が大きくなる。
【００１２】
一方、例えば特許文献４や５には、複数の発光部と複数の受光部とを主方向（主走査方向）に配置させたセンサが示されている。このようなセンサを用いると、媒体上での検出スポット径を小さくすることができる。媒体上での検出スポット径が小さいと、検出誤差時間が小さくなる。
【００１３】
しかし、媒体上での照射スポットを小さくすると、位置ずれ検出用トナーパターンの１ドット再現性に存在する空間周波数の高い線幅誤差を検出してしまい、本来知りたい平均化されたパターン位置に誤差成分を持たせてしまう問題があった。
【００１４】
本発明は、位置ずれ検出用パターンの検出時のＳＮ比を向上させ、媒体のばたつきの影響を受けにくくした上で、位置ずれ検出用パターンの空間周波数の高い線幅誤差の影響を受けにくい位置ずれ検出を可能とした画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１の発明は、複数の画像出力手段を媒体上に沿って並設して前記媒体上に各色画像を転写してカラー画像を形成する画像形成装置において、
前記複数の画像出力手段によって前記媒体上に形成された各色画像の位置ずれ量を検出する位置ずれ検出手段を備え、
前記位置ずれ検出手段は、複数の発光部からなる照射手段と複数の受光部からなる受光手段とし、前記照射手段からの光束を前記媒体上に照射する複数のレンズ面を主方向に配列してなる照射用光学系と、前記媒体上に照射された光束の反射光を前記受光手段で受光できるように、前記反射光を前記受光手段に照射する複数のレンズ面を主方向に配列してなる受光用光学系とを有し、
前記位置ずれ量の検出は、前記複数の画像出力手段によって前記媒体上に形成された位置ずれ検出用パターンで行い、
前記位置ずれ検出パターンの位置は、前記複数の発光部からなる照射手段と前記複数のレンズ面を主方向に配列してなる照射用光学系によって前記媒体上に照射される複数の照射スポットの内の、下記の（１）式を満足する少なくとも２つ以上の照射スポットの各々の反射光の検出結果から算出されることを特徴とする。
【００１６】
Ｆ＞（Ｎ−１）×Ｌ＋Ｄｓ                            （１）
Ｆ：位置ずれ検出パターンの主方向幅
Ｎ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの数
Ｌ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの主方向間隔
Ｄｓ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの主方向スポット径
【００１７】
請求項２の発明は、前記位置ずれ検出用パターンの位置検出に用いられる照射スポットを形成する発光部だけを発光することを特徴とする。
【００１８】
請求項３の発明は、前記複数の発光部からなる照射手段と前記複数のレンズ面を主方向に配列してなる照射用光学系によって前記媒体上に照射される各々の照射スポットの副方向のスポット径Ｄｆは、前記位置ずれ検出用パターンの線幅をＷとすると、Ｄｆ≦Ｗであることを特徴とする。
【００１９】
請求項４の発明は、前記複数の発光部は検出時に時分割点灯することを特徴とする。
【００２０】
請求項５の発明は、前記位置ずれ検出用パターンは主方向に平行な直線であり、該位置ずれ検出用パターンの副方向位置は下記の（２）式により算出されることを特徴とする。
【００２１】
【数１】
0005509951.tif 000002
Ｙ１：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの各々の反射光の検出結果から算出される該主方向に平行な直線の副方向位置
Ｙ１ｎ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの中のｎ番目の照射スポットの反射光の検出結果から算出される該主方向に平行な直線の副方向位置（ｎは整数）
Ｎ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの数
【００２２】
請求項６の発明は、前記位置ずれ検出パターンは主方向に平行な直線と主方向に対して角度をもつ直線とを副方向に配列したものからなり、該主方向に平行な直線の副方向位置は先の（２）式によって算出され、該主方向に対して角度を持つ直線の副方向位置は下記の（３）式によって算出されることを特徴とする。
【００２３】
【数２】
0005509951.tif 000003
θ：主方向に対して角度を持つ直線の主方向に対する角度
Ｌ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの主方向間隔
Ｙ２ｎ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの中のｎ番目の照射スポットの反射光の検出結果から算出される主方向に対して角度を持つ直線の副方向位置（ｎは整数）
Ｙ２：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの反射光の検出光から算出される該主方向に対して角度を持つ直線の副方向位置
Ｎ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの数
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、位置ずれ検出用パターンの検出時のＳＮ比を向上させ、媒体のばたつきの影響を受けにくくするとともに、位置ずれ検出用パターンの空間周波数の高い線幅誤差の影響を受けにくい位置ずれ検出が可能になり、各色画像の位置ずれ量の検出を精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明で対象とする画像形成装置の一実施形態を説明する図。
【図２】光走査装置の一実施形態を説明する図。
【図３】光走査装置の一実施形態を説明する図。
【図４】光走査装置の一実施形態を説明する図。
【図５】光走査装置の一実施形態を説明する図。
【図６】本発明の画像形成装置で使用する位置ずれ検出用センサを説明する図。
【図７】位置ずれ検出用センサと媒体上の位置ずれ検出用パターンの位置関係を説明する図。
【図８】媒体上に照射される照射スポットの大きさと位置ずれ検出用パターンの線幅の関係を説明する図。
【図９】媒体上に照射される照射スポットの大きさと位置ずれ検出用パターンの線幅の関係を説明する図。
【図１０】媒体上に照射される照射スポットの大きさと位置ずれ検出用パターンの線幅の関係を説明する図。
【図１１】媒体上に照射される照射スポットの大きさと位置ずれ検出用パターンの線幅の関係を説明する図。
【図１２】媒体上に照射される照射スポットの大きさと位置ずれ検出用パターンの線幅の関係を説明する図。
【図１３】位置ずれ検出用パターンの検出時間と受光部の検出光出力の関係を説明する図。
【図１４】位置ずれ検出用パターンの検出時間と受光部の検出光出力の関係を説明する図。
【図１５】媒体のばたつきによる受光部の検出光の光量分布の変化を説明する図。
【図１６】媒体のばたつきによる検出誤差を説明する図。
【図１７】媒体のばたつきによる検出誤差を説明する図。
【図１８】検出スポット径と位置ずれ検出用パターンの１ドット再現性に依存する線幅誤差の関係を説明する図。
【図１９】検出スポット径と位置ずれ検出用パターンの１ドット再現性に依存する線幅誤差の関係を説明する図。
【図２０】媒体上に照射される検出光スポットを説明する図。
【図２１】本発明による副方向の位置ずれ検出を説明する図。
【図２２】本発明による主方向の位置ずれ検出を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、発明の実施の形態を説明する。  
先ず、図１を参照して、本発明で対象とする画像形成装置の実施の形態を説明する。図１に示す画像形成装置は「カラー画像」を形成するものである。カラー画像はイエロー：Ｙ、マゼンタ：Ｍ、シアン：Ｃ、黒：Ｋの４色のトナーにより形成される。
【００２７】
図１において、符号２０で示す部分は「光走査装置」である。光走査装置２０は、従来から知られた公知の種々のものを用いることができる。符号２１は光走査装置の動作を制御する画像制御装置である。また、該画像制御装置２１は、各色トナーの位置ずれ量を算出して必要な補正を行う。すなわち、画像制御装置２１は、画像形成装置の全体の制御や必要な処理を司る。
【００２８】
符号１１Ｙ〜１１Ｋは「光導電性の潜像担持体」であるドラム状の感光体であり、感光体１１Ｙはイエローによるトナー画像の形成に用いられ、感光体１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋはそれぞれ、マゼンタトナー、シアントナー、黒トナーによるトナー画像の形成に用いられる。
【００２９】
光走査装置２０は、４個の感光体１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋに対して「光走査による画像書き込み」を行う。感光体１１Ｙ〜１１Ｋは何れも時計回りに等速回転され、帯電手段をなす帯電ローラＴＹ、ＴＭ、ＴＣ、ＴＫにより均一帯電され、光走査装置２０により「それぞれ対応する光走査」を受けてイエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色画像を書き込まれ対応する静電潜像（ネガ潜像）を形成される。これらの静電潜像はそれぞれ現像装置ＧＹ、ＧＭ、ＧＣ、ＧＫにより反転現像され、感光体１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上にそれぞれイエロートナー画像、マゼンタトナー画像、シアントナー画像、黒トナー画像が形成される。これら各色トナー画像は、図示されない記録シートに転写される。転写には媒体としての転写ベルト１７が用いられる。
【００３０】
記録シートは、転写ベルト１７の下部に設けられている図示されないシート載置部から給送され、図１において転写ベルト１７の右側の上周面に供給され、転写ベルト１７に静電吸着され、転写ベルト１７が反時計回りに回転することにより図の左方へ搬送される。このように搬送されつつ、記録シートは、転写器１５Ｙにより感光体１１Ｙ上からイエロートナー画像を転写され、転写器１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋによりそれぞれ、感光体１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋからマゼンタトナー画像、シアントナー画像、黒トナー画像を順次に転写される。このようにして、記録シート上においてイエロートナー画像〜黒トナー画像が重ね合わせられてカラー画像が合成される。
【００３１】
記録シートは、担持したカラー画像を定着装置１９により定着されて装置外へ排出される。なお、上記のようにすることに代えて、中間転写ベルトを用い、上記４色のトナー画像を中間転写ベルト上に重ね合わせて転写してカラー画像を得、このカラー画像を記録シートに転写し、定着しても良い。
【００３２】
図１において、符号ＯＳは、転写ベルト１７上に形成されたブラック、シアン、マゼンタ、イエロートナーの位置ずれ検出用パターンを検出する為の位置ずれ検出用センサである。位置ずれ検出用センサＯＳは、搬送ベルト１７の搬送方向（副走査方向）と直交する主走査方向に少なくとも３個配列される（中央及び両端部）。
【００３３】
次に、光走査装置２０の具体的構成について図２乃至図５を用いて説明する。光走査装置２０は、図２乃至図５に示されるように、４つの光源（２２００ａ、２２００ｂ、２２００ｃ、２２００ｄ）、４つのカップリングレンズ（２２０１ａ、２２００ｂ、２２００ｃ、２２００ｄ）、４つの開口板（２２０２ａ、２２０２ｂ、２２０２ｃ、２２０２ｄ）、４つのシリンドリカルレンズ（２２０４ａ、２２０４ｂ、２２０４ｃ、２２０４ｄ）、ポリゴンミラー２１０４、４つのｆθレンズ（２１０５ａ、２１０５ｂ、２１０５ｃ、２１０５ｄ）、８つの折り返しミラー（２１０６ａ、２１０６ｂ、２１０６ｃ、２１０６ｄ、２１０８ａ、２１０８ｂ、２１０８ｃ、２１０８ｄ）、４つのトロイダルレンズ（２１０７ａ、２１０７ｂ、２１０７ｃ、２１０７ｄ）、４つの光検知センサ（２２０５ａ、２２０５ｂ、２２０５ｃ、２２０５ｄ）、４つの光検出用ミラー（２２０７ａ、２２０７ｂ、２２０７ｃ、２２０７ｄ）などを備えている。そして、これらは、光学ハウジング２３００の所定位置に組み付けられている。
【００３４】
なお、以下では、便宜上、主走査方向に対応する方向を「主方向」と略述し、副走査方向に対応する方向を「副方向」と略述する。
【００３５】
また、便宜上、カップリングレンズ２２０１ａ及びカップリングレンズ２２０１ｂの光軸に沿った方向を「ｗ１方向」、光源２２００ａ及び光源２２００ｂにおける主方向を「ｍ１方向」とする。さらに、カップリングレンズ２２０１ｃ及びカップリング２２０１ｄの光軸に沿った方向を「ｗ２方向」、光源２２００ｃ及び光源２００ｄにおける主方向を「ｍ２方向」とする。なお、光源２２００ａ及び光源２２００ｂにおける副方向、光源２２００ｃ及び光源２２００ｄにおける副方向は、いずれもＺ軸方向と同じ方向である。
【００３６】
光源２２００ｂと光源２２００ｃは、Ｘ軸方向に関して離れた位置に配置されている。そして、光源２２００ａは光源２２００ｂの−Ｚ側に配置されている。また、光源２２００ｄは光源２２００ｃの−Ｚ側に配置されている。
【００３７】
カップリングレンズ２２０１ａは、光源２２００ａから射出された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。カップリングレンズ２２０１ｂは、光源２２００ｂから射出された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。カップリングレンズ２２０１ｃは、光源２２００ｃから射出された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。カップリングレンズ２２０１ｄは、光源２２００ｄから射出された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。
【００３８】
開口板２２０２ａは、開口部を有し、カップリングレンズ２２０１ａを介した光束を整形する。開口板２２０２ｂは、開口部を有し、カップリングレンズ２２０１ｂを介した光束を整形する。開口板２２０２ｃは、開口部を有し、カップリングレンズ２２０１ｃを介した光束を整形する。開口板２２０２ｄは、開口部を有し、カップリングレンズ２２０１ｄを介した光束を整形する。
【００３９】
シリンドリカルレンズ２２０４ａは、開口板２２０２ａの開口部を通過した光束を、ポリゴンミラー２１０４の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。シリンドリカルレンズ２２０４ｂは、開口板２２０２ｂの開口部を通過した光束を、ポリゴンミラー２１０４の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。シリンドリカルレンズ２２０４ｃは、開口板２２０２ｃの開口部を通過した光束を、ポリゴンミラー２１０４の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。シリンドリカルレンズ２２０４ｄは、開口板２２０２ｄの開口部を通過した光束を、ポリゴンミラー２１０４の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。
【００４０】
ポリゴンミラー２１０４は、２段構造の４面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。そして、１段目（下段）の４面鏡ではシリンドリカルレンズ２２０４ａからの光束及びシリンドリカルレンズ２２０４ｄからの光束がそれぞれ偏向され、２段目（上段）の４面鏡ではシリンドリカルレンズ２２０４ｂからの光束及びシリンドリカルレンズ２２０４ｃからの光束がそれぞれ偏向されるように配置されている。なお、１段目の４面鏡及び２段目の４面鏡は、互いに位相が４５°ずれて回転し、書き込み走査は１段目と２段目とで交互に行われる。
【００４１】
ここでは、シリンドリカルレンズ２２０４ａ及びシリンドリカルレンズ２２０４ｂからの光束はポリゴンミラー２１０４の−Ｘ側に偏向され、シリンドリカルレンズ２２０４ｃ及びシリンドリカルレンズ２２０４ｄからの光束はポリゴンミラー２１０４の＋Ｘ側に偏向される。
【００４２】
各ｆθレンズはそれぞれ、ポリゴンミラー２１０４の回転に伴って、対応する感光体ドラム面上で光スポットが主走査方向に等速で移動するようなパワーを有する非円弧面形状を有している。ｆθレンズ２１０５ａ及びｆθレンズ２１０５ｂは、ポリゴンミラー２１０４の−Ｘ側に配置され、ｆθレンズ２１０５ｃ及びｆθレンズ２１０５ｄは、ポリゴンミラー２１０４の＋Ｘ側に配置されている。そして、ｆθレンズ２１０５ａとｆθレンズ２１０５ｂはＺ軸方向に積層され、ｆθレンズ２１０５ａは１段目の４面鏡に対向し、ｆθレンズｂは２段目の４面鏡に対向している。また、ｆθレンズ２１０５ｃとｆθレンズ２１０５ｄはＺ軸方向に積層され、ｆθレンズ２１０５ｃは２段目の４面鏡に対向し、ｆθレンズｄは１段目の４面鏡に対向している。
【００４３】
ポリゴンミラー２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ａからの光束は、ｆθレンズ２１０５ａ、折り返しミラー２１０６ａ、トロイダルレンズ２１０７ａ、及び折り返しミラー２１０８ａを介して、感光体ドラム１１Ｋに照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー２１０４の回転に伴って感光体ドラム１１Ｋの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム１１Ｋ上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム１１Ｋでの主走査方向であり、感光体ドラム１１Ｋの回転方向が、感光体ドラム１１Ｋでの「副走査方向」である。
【００４４】
また、ポリゴンミラー２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｂからの光束は、ｆθレンズ２１０５ｂ、折り返しミラー２１０６ｂ、トロイダルレンズ２１０７ｂ、及び折り返しミラー２１０８ｂを介して、感光体ドラム１１Ｋに照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー２１０４の回転に伴って感光体ドラム１１Ｃの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム１１Ｃ上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム１１Ｃでの主走査方向であり、感光体ドラム１１Ｃの回転方向が、感光体ドラム１１Ｃでの「副走査方向」である。
【００４５】
また、ポリゴンミラー２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｃからの光束は、ｆθレンズ２１０５ｃ、折り返しミラー２１０６ｃ、トロイダルレンズ２１０７ｃ、及び折り返しミラー２１０８ｃを介して、感光体ドラム１１Ｍに照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー２１０４の回転に伴って感光体ドラム１１Ｍの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム１１Ｍ上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム１１Ｍでの主走査方向であり、感光体ドラム１１Ｍの回転方向が、感光体ドラム１１Ｍでの「副走査方向」である。
【００４６】
また、ポリゴンミラー２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｄからの光束は、ｆθレンズ２１０５ｄ、折り返しミラー２１０６ｄ、トロイダルレンズ２１０７ｄ、及び折り返しミラー２１０８ｄを介して、感光体ドラム１１Ｙに照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー２１０４の回転に伴って感光体ドラム１１Ｙの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム１１Ｙ上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム１１Ｙでの主走査方向であり、感光体ドラム１１Ｙの回転方向が、感光体ドラム１１Ｙでの「副走査方向」である。
【００４７】
ところで、各感光体ドラムにおける画像情報が書き込まれる主走査方向の走査領域は画像形成領域と呼ばれる。
【００４８】
なお、折り返しミラーは、ポリゴンミラー２１０４から各感光体ドラムに至る各光路長が互いに一致するとともに、各感光体ドラムにおける光束の入射位置及び入射角がいずれも互いに等しくなるように、それぞれ配置されている。
【００４９】
また、シリンドリカルレンズとそれに対応するトロイダルレンズとにより、偏向点とそれに対応する感光体ドラム表面とを副走査方向に共役関係とする面倒れ補正光学系が構成されている。
【００５０】
ポリゴンミラー２１０４と各感光体ドラムとの間の光路上に配置される光学系は、走査光学系とも呼ばれている。本実施形態では、ｆθレンズ２１０５ａとトロイダルレンズ２１０７ａと折り返しミラー（２１０６ａ、２１０８ａ）とからＫステーションの走査光学系が構成されている。また、ｆθレンズ２１０５ｂとトロイダルレンズ２１０７ｂと折り返しミラー（２１０６ｂ、２１０８ｂ）とからＣステーションの走査光学系が構成されている。そして、ｆθレンズ２１０５ｃとトロイダルレンズ２１０７ｃと折り返しミラー（２１０６ｃ、２１０８ｃ）とからＭステーションの走査光学系が構成されている。さらに、ｆθレンズ２１０５ｄとトロイダルレンズ２１０７ｄと折り返しミラー（２１０６ｄ、２１０８ｄ）とからＹステーションの走査光学系が構成されている。
【００５１】
光検知センサ２２０５ａには、ポリゴンミラー２１０４で偏向され、Ｋステーションの走査光学系を介した光束のうち書き込み開始前の光束の一部が、光検知用ミラー２２０７ａを介して入射する。光検知センサ２２０５ｂには、ポリゴンミラー２１０４で偏向され、Ｃステーションの走査光学系を介した光束のうち書き込み開始前の光束の一部が、光検知用ミラー２２０７ｂを介して入射する。光検知センサ２２０５ｃには、ポリゴンミラー２１０４で偏向され、Ｍステーションの走査光学系を介した光束のうち書き込み開始前の光束の一部が、光検知用ミラー２２０７ｃを介して入射する。光検知センサ２２０５ｄには、ポリゴンミラー２１０４で偏向され、Ｙステーションの走査光学系を介した光束のうち書き込み開始前の光束の一部が、光検知用ミラー２２０７ｄを介して入射する。
【００５２】
各光検知センサはいずれも、受光量に応じた信号（光電変換信号）を出力する。画像制御装置２１は、各光検知センサの出力信号に基づいて対応する感光体ドラムでの走査開始タイミングを制御する。
【００５３】
次に、図６を用いて、本発明の画像形成装置で用いられる位置ずれ検出用センサＯＳについて説明する。図６に示すように、位置ずれ検出用センサＯＳは、ＬＥＤ（発行ダイオード）などの発光部ＥＭ、照射用レンズＬＥ、受光用レンズＬＤ、ＰＤ（フォトダイオード）などの受光部ＤＴからなる。図６には示されないが、具体的には、例えば特許文献４や５に示されるように、これら発光部ＥＭと照射用レンズＬＥと受光用レンズＬＤと受光部ＤＴが複数組（実施例では６つ）、紙面に対して垂直方向に配列されて１つの位置ずれ検出用センサ（反射型光センサ）を構成している。
【００５４】
発光部ＥＭから照射された光は、レンズＬＥを通過して転写ベルト１７上に照射される。転写ベルト１７に照射した光は該転写ベルト１７上で反射され、反射光はレンズＬＤを通過した後に受光部ＤＴに入射される。ＬＰは各感光体ドラムにより転写ベルト１７に書き込まれる位置ずれ検出用パターン（トナーマーク）である。この位置ずれ検出用パターンＬＰは転写ベルト１７によって搬送され、転写ベルト１７上に照射された光スポット領域を通過する時に、転写ベルト上での反射率が変り、受光部ＤＴで検出される光出力が変化して、位置ずれ検出用パターンの位置が検出される。
【００５５】
図７は、位置ずれ検出用センサＯＳと転写ベルト上の位置ずれ検出用パターンＬＰの関係を説明するための図である。図７において、ＯＳ１〜ＯＳ３は、それぞれ転写ベルト上の主方向に沿って両端と中央付近の位置に設置された反射型光センサの位置ずれ検出用センサである。位置ずれ検出用センサＯＳ３は、例えば、複数（実施例では６個）の発光部ＥＭと受光部ＤＴが配列されたチップと、複数（同６個）のレンズ面ＬＥとＬＤとが配列されたチッとがモジュール化して構成される。位置ずれ検出用センサＯＳ１，ＯＳ２についても同様である。ＬＰ１〜ＬＰ３は位置ずれ検出用パターンである。これら位置ずれ検出用パターンＬＰ１〜ＬＰ３は、転写ベルト１７上における位置ずれ検出用センサＯＳ１〜ＯＳ３に対応する位置に形成され、主方向に平行な複数のライン状パターンと、主方向に対して斜めに傾斜（例えば４５°）した複数のライン状パターンとにより構成されている。これらライン状パターンは、主方向に平行なものと主方向に対して傾いたものが１つずつペアをなし、各ペアはイエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、黒Ｋの各トナーで形成される。
【００５６】
位置ずれ検出用センサＯＳ１〜ＯＳ３により、それぞれ位置ずれ検出用パターンＬＰ１〜ＬＰ３の各色トナー位置が検出され、画像制御装置２１にてその検出結果をもとに副方向及び主方向の位置ずれ量を算出し、その算出結果をもとにして位置ずれ補正制御が行われる。本発明は、このトナー位置（位置ずれ検出パターン位置）の検出に関する。
【００５７】
図８乃至図１２は、発光部から出射して転写ベルト（以下、媒体と称す）上に照射される照射スポットの大きさと位置ずれ検出用パターンの線幅との関係を説明する図である。
【００５８】
図１０、図１１に示したように、発光部から出射して媒体上に照射される照射スポット３２の副方向の径Ｄｆが位置ずれ検出用パターン３０の線幅Ｗよりも大きい場合、照射スポット３２が位置ずれ検出用パターン３０上を照射している時でも、照射スポット３２内に位置ずれ検出用パターン３０からはみ出した領域が存在し（図１１）、該位置ずれ検出用パターン３０を照射することによる反射光の低下率を小さくさせ、パターン検出時のＳＮ比を低下させていた。
【００５９】
これに対し、図８、図９、図１２に示したように、媒体上に照射される各々の照射スポット３１の副方向のスポット径をＤｆ、位置ずれ検出用パターン３０の線幅をＷとすると、Ｄｆ≦Ｗであるようにすることによって、パターン検出時のＳＮ比を向上させることができる。
【００６０】
トナーパターンの検出時間ｔは、図１３、図１４に示すように、パターン検出時に受光部であるＰＤの検出光出力が低下し、ＰＤ光出力値３３がスレッシュレベル３４を下回る時間ｔ１とＰＤ光出力値がスレッシュレベル３４を上回る時間ｔ２を検出し、ｔ＝（ｔ１＋ｔ２）／２から算出される。図１３がＤｆ＞Ｗの場合を示し、図１４がＤｆ≦Ｗの場合を示している。図１３と図１４から、Ｄｆ≦Ｗとすることにより、パターン検出時のＳＮ比を向上させることができる。
【００６１】
また、図１５に示すように、媒体（転写ベルト）上のばたつきにより、媒体上での検出光の反射角度が変わり、受光部に入射される検出光の光量分布が変わることによって、位置ずれ検出用パターンを検出したときの検出プロファイルが非対称になり、検出誤差を生じるさせる場合があった。図１５において、３７はばたついていない時の媒体、３８はバタついた時の媒体、３９は照射光、４０は媒体がばたついていない時の反射光、４１は媒体がばたついた時の反射光を示している。
【００６２】
上記検出誤差は、検出プロファイルの立ち下がり、立ち上がり時の非対称性によるもので、媒体上での検出スポット径により検出プロファイルが非対称になる時間が決まり、図１６に示すように媒体上での検出スポット径が大きいと検出誤差時間Δｔが大きくなり、図１７に示すように媒体上での検出スポット径が小さいと検出誤差時間Δｔが小さくなる。図１６、図１７において、３４はスレッシュレベル、３５は媒体がばたついた時の媒体上から反射されてＰＤで検出される光出力、３６は媒体がばたついていない時の媒体上から反射されてＰＤで検出される光出力を示している。
【００６３】
このように、媒体上の検出光スポット（照射スポット）を小さくすることにより、パターン検出時のＳＮ比を向上させることができ、また、媒体がばたついても検出誤差時間Δｔを小さくすることができる。
【００６４】
図６及び図７に示したように、複数の発光部と複数の受光部及びそれらの光学系を主方向に配列し、モジュール構造の位置ずれ検出用センサを用いることで、媒体上の検出光スポットを容易に小さくすることができる。したがって、本発明の画像形成装置においても、位置ずれ検出手段としてこのような位置ずれ検出用センサを使用する。
【００６５】
ところで、図１８に示すように媒体上での照射スポット３２の径が大きい場合は、位置ずれ検出用パターン３０の１ドット再現性に依存する空間周波数の高い線幅誤差を平均化していたが、図１９に示すように、媒体上での照射スポット３１を小さくすると、位置ずれ検出用パターン３０に存在する空間周波数の高い線幅誤差を検出してしまい、本来知りたい平均化されたパターン位置に誤差成分を持たせて検出してしまうことになる。
【００６６】
そこで、本発明の画像形成装置における位置ずれ検出では、位置ずれ検出用パターン（トナーパターン）の位置を、媒体上に照射させる複数の照射スポット（検出光スポット）の内の少なくとも２つ以上の照射スポットの各々の反射光の検出結果から算出するようにする。これによって、トナーパターンの１ドット再現性に依存する空間周波数の高い線幅誤差を平均化し、本来知りたい平均化された位置ずれ検出用トナーパターン位置を検出することができる。
【００６７】
ここで、複数の照射スポットの中で、位置ずれ検出に用いるものは、次の（１）式を満足し、位置ずれ検出用パターンから主方向にはみ出さないものを選択する。
Ｆ＞（Ｎ−１）×Ｌ＋Ｄｓ                            （１）
Ｆ：位置ずれ検出パターンの主方向幅
Ｎ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの数
Ｌ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの主方向間隔
Ｄｓ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの主方向スポット径
【００６８】
ここで、照射スポット径Ｄは、図２０に示すように、光出力の最大値に対して１／ｅ２となる幅と定義する。
【００６９】
なお、位置ずれ検出に用いる照射スポットが選択されたら、当該照射スポットを形成する発光部ＥＭだけを発光させるようにしてもよい。
【００７０】
また、発光部ＥＭを全部同時点灯させると、転写ベルト上に形成されたパッチに検出光が照射された時、光が散乱して対応する受光部ＤＴ以外にも検出光が入射される為、検出信号のノイズが増大し、検出精度が劣化する場合がある。そこで、発光部を順次に一つづつ点灯させるようにすると、受光部に検出されるノイズを低下させ、高精度な色ずれ測定が可能となる。
【００７１】
以下に、本発明の画像形成装置における位置ずれ検出の具体的実施例について説明する。まず、図２１を用いて、副方向の位置ずれ検出について説明する。副方向の位置ずれ検出は、主方向に平行な直線状（ライン状）のパターンをブラック、シアン、マゼンタ、イエローで形成し、基準色パターン（例えばブラック）からの距離をそれぞれの検出位置で測定する。図２１（ａ）は、各色のライン状パターンを示し、ＬＰＢ１はブラック、ＬＰＣ１はシアン、ＬＰＭ１はマゼンタ、ＬＰＹ１はイエローに対応している。ここでは、副方向の位置ずれ検出をイエロートナー画像を例に説明するが、他のトナー画像についても同様である。なお、発光部ＥＭの内、選択された発光部を網掛けで示している。
【００７２】
図２１（ｂ）は、イエロートナー画像が基準色パターン（この場合ブラック）に対して副方向（図中におけるＺ方向）に適正な位置にある場合を示し、このとき発光部ＥＭ（０）からの検出光スポットがライン状パターンＬＰＹ１を照射してからライン状パターンＬＰＢ１を照射するまでの時間をＴとする。図２１（ｃ）は、イエロートナー画像が副方向にΔＦだけずれた場合を示している。このとき、発光部ＥＭ（０）からの検出光スポットがライン状パターンＬＰＹ１を照射してからライン状パターンＬＰＢ１を照射するまでの時間はＴ＋ΔＴとなり、適正な位置にあるときの時間Ｔとの差ΔＴにより副方向におけるずれ量を知ることができる。即ち、媒体である転写ベルトの副方向への移動速度をＶとすれば、副方向のずれΔＦはΔＦ＝Ｖ・ΔＴにより知ることができる。このようにして求まる一つの発光部ＥＭ（ｎ）（ｎは整数）からの検出スポットにより検出される基準色の副方向の色ずれ量（基準色からの位置ずれ量）ΔＦは、基準色の位置ずれ検出用パターンの副方向位置、色ずれ量を測定する色の位置ずれ検出用パターンの副方向位置を、次の（２）式により算出し、その差を求めることによってＮ個分の平均値として求められる。図２１の例の場合、Ｎ＝３である。
【００７３】
【数３】
0005509951.tif 000004
Ｙ１：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの各々の反射光の検出結果から算出される該主方向に平行な直線の副方向位置
Ｙ１ｎ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの中のｎ番目の照射スポットの反射光の検出結果から算出される該主方向に平行な直線の副方向位置（ｎは整数）
Ｎ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの数
【００７４】
次に、図２２を用いて、主方向の位置ずれ検出について説明する。主方向の位置ずれ検出用パターンは、主方向に平行な直線状（ライン状）のパターンと主方向に対して角度（例えば、４５°）を持つ直線状（ライン状）のパターンとを各色ペアで形成する。図２２（ａ）は、この場合の各パターンを示したもので、ＬＰＢ２、ＬＰＣ２、ＬＰＭ２、ＬＰＹ２がそれぞれ主方向に対して角度を持つライン状パターンで、それぞれブラック、シアン、マゼンタ、イエローに対応している。ＬＰＢ１、ＬＰＣ１、ＬＰＭ１、ＬＰＹ２は、図２１（ａ）と同じである。ここでも、主方向の位置ずれ検出をイエロー画像を例に説明するが、他のトナー画像についても同様である。
【００７５】
図２２（ｂ）は、イエロートナー画像が主方向（図中におけるＹ方向）に適正な位置にある場合を示し、このとき発光部ＥＭからの検出光スポットがライン状パターンＬＰＹ１を照射してからライン状パターンＬＰＹ２を照射するまでの時間をＴとする。図２２（ｃ）は、イエロートナー画像が「主方向においてΔＳだけずれた場合」を示している。ライン状パターンＬＰＹ２はＬＰＹ１に対して傾いているので、このとき発光部ＥＭからの検出光スポットがライン状パターンＬＰＹ１を照射してからライン状パターンＬＰＹ２を照射するまでの時間はＴ＋ΔＴとなり、適正な位置にあるときの時間Ｔとの差：ΔＴにより主方向におけるずれ量を知ることができる。
【００７６】
即ち、ライン状パターンＬＰＹ２が主方向になす角を「θ」とし、媒体である転写ベルト１７の副方向への移動速度をＶとすれば、
ΔＳ・tanθ＝Ｖ・ΔＴ
であるから、主方向のずれ量：ΔＳは、
ΔＳ＝Ｖ・ΔＴ・cotθ
として知ることができる。
【００７７】
そこで、主方向に平行な直線の副方向位置は先の（２）式により算出し、主方向に対して角度を持つ直線の副方向位置は、次の（３）式によって算出し、測定色のＹ２−Ｙ１と基準色のＹ２−Ｙ１を求め、その差からΔＳ・tanθを求め、tanθで割ることによって、測定色の主方向の色ずれ量ΔＳを求める。
【００７８】
【数４】
0005509951.tif 000005
θ：主方向に対して角度を持つ直線の主方向に対する角度
Ｌ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの主方向間隔
Ｙ２ｎ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの中のｎ番目の照射スポットの反射光の検出結果から算出される主方向に対して角度を持つ直線の副方向位置（ｎは整数）
Ｙ２：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの反射光の検出光から算出される該主方向に対して角度を持つ直線の副方向位置
Ｎ：位置ずれ検出パターンの位置検出に用いられる複数の照射スポットの数
【符号の説明】
【００７９】
１１Ｋ〜１１Ｙ  感光体ドラム
１５Ｋ〜１５Ｙ  転写器
１７        転写ベルト（媒体）
２０        光走査装置
２１        画像制御装置
３０        位置ずれ検出用パターン
３１，３２      照射スポット（検出光スポット）
ＯＳ，ＯＳ１〜ＯＳ３  位置ずれ検出用センサ
ＥＭ        発光部
ＤＴ        受光部
ＬＥ        照射用光学系
ＬＤ        受光用光学系
ＬＰ，ＬＰ１〜ＬＰ３  位置ずれ検出用パターン（トナーパターン）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８０】
【特許文献１】特開２００３−１８６２７８号公報
【特許文献２】特開２００６−１９８８９６号公報
【特許文献３】特開２００９−０６６８０３号公報
【特許文献４】特開２００９−２５８６０１号公報
【特許文献５】特開２０１０−０３９４６０号公報
【図１】
0005509951.tif 000009
【図２】
0005509951.tif 000010
【図３】
0005509951.tif 000011
【図４】
0005509951.tif 000012
【図５】
0005509951.tif 000013
【図６】
0005509951.tif 000014
【図７】
0005509951.tif 000015
【図８】
0005509951.tif 000016
【図９】
0005509951.tif 000017
【図１０】
0005509951.tif 000018
【図１１】
0005509951.tif 000019
【図１２】
0005509951.tif 000020
【図１３】
0005509951.tif 000021
【図１４】
0005509951.tif 000022
【図１５】
0005509951.tif 000023
【図１６】
0005509951.tif 000024
【図１７】
0005509951.tif 000025
【図１８】
0005509951.tif 000026
【図１９】
0005509951.tif 000027
【図２０】
0005509951.tif 000028
【図２１】
0005509951.tif 000029
【図２２】
0005509951.tif 000030