(57)【要約】【課題】整用画像を用いて合焦状態を調整する場合に、感光体の感度誤差に対してロバストに合焦状態を調整することができる画像形成装置及び制御プログラムを提供する。【解決手段】の画像形成装置１０では、制御部４８が調整用光量に露光量を切り替えた後、調整用パターン画像の静電潜像を感光体表面５０に形成させる。調整用パターン画像として、画像濃度が３５％〜５５％の範囲内であり、かつ線幅が８０μｍ以上であるラダー画像を用いている。制御部４８は、表面電位センサ８０から感光体表面５０の表面電位を取得し、表面電位の平均値を算出し、エキスパンダレンズ６０を移動させる。制御部４８は、調整用パターン画像の形成、表面電位の取得、及びエキスパンダレンズ６０の移動を繰り返して、表面電位の平均値が最も小さくなるエキスパンダレンズ６０の位置を最適値とし、最適値にエキスパンダレンズ６０を移動させる。【選択図】図３２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源及び集光手段を有し、前記光源から出射された光線を感光体表面に集光させて前記感光体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、
前記感光体表面の潜像をトナー像に現像する現像手段と、
前記感光体表面のトナー像を被転写体に転写する転写手段と、
潜像の電位またはトナー像の濃度を検知する検知手段と、
集光された前記光線の前記感光体上における合焦状態を調整する調整手段と、
並列に並んだ線幅が８０μｍ以上の複数の線から成り、画像濃度が３５％から５５％の範囲内である調整用画像に対応する潜像を前記感光体表面に形成するよう前記潜像形成手段を制御する第１制御手段と、
前記調整用画像の潜像を検知した結果または前記調整用画像のトナー像を検知した結果に応じ前記調整手段を制御する第２制御手段と、
を備えた画像形成装置。
【請求項２】
前記調整用画像における前記複数の線同士の間隔は均等である、
請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記調整用画像における前記複数の線の幅は、前記検知手段の検知領域の幅よりも小さい、
請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記検知手段は、前記感光体表面に形成された潜像の電位を検知する電位検知手段である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記電位検知手段は、前記調整手段により合焦状態がそれぞれ異なる状態で形成された潜像の電位を検知し、前記第２制御手段は、前記電位が小さい潜像を形成したときの状態となるよう前記調整手段を制御する請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記第２制御手段は、前記電位検知手段で検知された潜像の電位の平均値に応じて、集光された光線の前記感光体上における合焦状態を調整するよう前記調整手段を制御する請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記検知手段は、前記感光体表面のトナー像または前記被転写体に転写されたトナー像の濃度を検知する濃度検知手段である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記濃度検知手段は、前記調整手段により合焦状態がそれぞれ異なる状態で形成されたトナー像の濃度を検知し、前記第２制御手段は前記濃度が小さいトナー像を形成したときの状態となるよう前記調整手段を制御する請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記第２制御手段は、前記濃度検知手段で検知されたトナー像の濃度の平均値に応じて、集光された光線の前記感光体上における合焦状態を調整するよう前記調整手段を制御する請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記請求項１から前記請求項９のいずれか１項に記載の画像形成装置の第１制御手段及び第２制御手段としてコンピュータを機能させるための制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置及び制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、３８０〜５００ｎｍの半導体レーザー（Ｂlue ＬＤ）光を光源としたレーザースキャナーを使用し、帯電させた感光体に潜像を書き込む電子写真装置において、前記レーザースキャナーの感光体上への焦点調節機能を持ち、且つ、焦点合致度を現像手段によって得られたトナー画像情報によって判断するプロセスを有することを特徴とする電子写真装置が記載されている。
【０００３】
特許文献２には、感光体に特定のドットパターンを形成し、このパターン幅を検知することにより、感光体への光ビームの書込焦点位置を求め、該書込焦点位置に、画像データに応じた光ビームを書き込んで静電潜像を形成し、該潜像にトナーを付着させることにより画像形成を行う画像形成装置において、前記光ビームを偏向させて感光体表面への結像位置を移動し、特定のドットパターンを書き込む光ビーム偏向手段と、現像された前記ドットパターンの幅を検知する検知手段と、前記検知手段の出力から前記ドットパターンの最小幅パターンを検知・認識する焦点位置検知手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２７０８７７号公報
【特許文献２】特開平０９−２８１４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、調整用画像を用いて合焦状態を調整する場合に、感光体の感度誤差に対してロバストに合焦状態を調整することができる画像形成装置及び制御プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の画像形成装置は、光源及び集光手段を有し、前記光源から出射された光線を感光体表面に集光させて前記感光体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、前記感光体表面の潜像をトナー像に現像する現像手段と、前記感光体表面のトナー像を被転写体に転写する転写手段と、潜像の電位またはトナー像の濃度を検知する検知手段と、集光された前記光線の前記感光体上における合焦状態を調整する調整手段と、並列に並んだ線幅が８０μｍ以上の複数の線から成り、画像濃度が３５％から５５％の範囲内である調整用画像に対応する潜像を前記感光体表面に形成するよう前記潜像形成手段を制御する第１制御手段と、前記調整用画像の潜像を検知した結果または前記調整用画像のトナー像を検知した結果に応じ前記調整手段を制御する第２制御手段と、を備える。
【０００７】
請求項２に記載の画像形成装置は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記調整用画像における前記複数の線同士の間隔は均等である。
【０００８】
請求項３に記載の画像形成装置は、請求項１または請求項２に記載の画像形成装置において、前記調整用画像における前記複数の線の幅は、前記検知手段の検知領域の幅よりも小さい。
【０００９】
請求項４に記載の画像形成装置は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記検知手段は、前記感光体表面に形成された潜像の電位を検知する電位検知手段である。
【００１０】
請求項５に記載の画像形成装置は、請求項４に記載の画像形成装置において、前記電位検知手段は、前記調整手段により合焦状態がそれぞれ異なる状態で形成された潜像の電位を検知し、前記第２制御手段は、前記電位が小さい潜像を形成したときの状態となるよう前記調整手段を制御する。
【００１１】
請求項６に記載の画像形成装置は、請求項４に記載の画像形成装置において、前記第２制御手段は、前記電位検知手段で検知された潜像の電位の平均値に応じて、集光された光線の前記感光体上における合焦状態を調整する。
【００１２】
請求項７に記載の画像形成装置は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記検知手段は、前記感光体表面のトナー像または前記被転写体に転写されたトナー像の濃度を検知する濃度検知手段である。
【００１３】
請求項８に記載の画像形成装置は、請求項７に記載の画像形成装置において、前記濃度検知手段は、前記調整手段により合焦状態がそれぞれ異なる状態で形成されたトナー像の濃度を検知し、前記第２制御手段は前記濃度が小さいトナー像を形成したときの状態となるよう前記調整手段を制御する。
【００１４】
請求項９に記載の画像形成装置は、請求項７に記載の画像形成装置において、前記第２制御手段は、前記濃度検知手段で検知されたトナー像の濃度の平均値に応じて、集光された光線の前記感光体上における合焦状態を調整するよう前記調整手段を制御する。
【００１５】
請求項１０に記載の制御プログラムは、前記請求項１から前記請求項９のいずれか１項に記載の画像形成装置の第１制御手段及び第２制御手段としてコンピュータを機能させるためのものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１及び請求項１０に記載の発明によれば、調整用画像を用いて合焦状態を調整する場合に、感光体の感度誤差に対してロバストに感光体上に集光される光線の合焦状態を調整することができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、線幅の間隔が不均等の場合と比較して、ロバスト性を高くすることができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、調整画像における複数の線の幅が検知領域の幅よりも大きい場合と比較して、精度良く、線幅を検知することができる。
【００１９】
請求項４、請求項７、及び請求項９に記載の発明によれば、画像の線幅を測定する場合に比べて簡易な構成で、感光体上に集光される光線の合焦状態を調整することができる。
【００２０】
請求項５及び請求項８に記載の発明によれば、電位が大きい潜像を形成したときの状態となるよう制御する場合と比較して、精度良く合焦状態を調整することができる。
【００２１】
請求項６及び請求項９に記載の発明によれば、検知手段により検知された潜像の１つの電位に応じて制御する場合と比較して、精度良く合焦状態を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施の形態の画像形成装置の一例の概略構成を表す構成図である。
【図２】第１の実施の形態の光走査装置の一例の概略構成を示す構成図である。
【図３】第１の実施の形態における感光体表面の露光量と表面電位との対応関係の一例を表す放電曲線を示すグラフである。
【図４】第１の実施の形態の画像形成装置の線形領域における感光体表面の表面電位のプロファイルの一例を示す説明図である。
【図５】第１の実施の形態の画像形成装置の非線形領域における感光体表面の表面電位のプロファイルの一例を示す説明図である。
【図６】第１の実施の形態の画像形成装置におけるエキスパンダレンズの位置とビーム径との対応関係の一例を表すグラフである。
【図７】第１の実施の形態の画像形成装置におけるエキスパンダレンズの位置と感光体表面の表面電位の平均値との対応関係の一例を表すグラフである。
【図８】第１の実施の形態の画像形成装置における感光体の表面電位差Ｖｐ−pと露光量との対応関係の一例を表したグラフである。
【図９】検知電位による合焦状態の調整を行うシステムを説明するための説明図である。
【図１０】検知電位による合焦状態の調整を行うシステムを説明するための説明図である。
【図１１】本システム設計における制御因子を説明するための説明図である。
【図１２】本システムにおける制御因子Ａ（パッチ／帯）を説明するための説明図である。
【図１３】本システムにおける制御因子Ｃ及び制御因子Ｄを説明するための説明図である。
【図１４】本システムにおける制御因子Ｅ及び制御因子Ｆを説明するための説明図である。
【図１５】本システムにおけるＬ１８の直交表に割り付けた誤差因子を説明するための説明図である。
【図１６】本システムにおける信号因子（入力）を示す説明図である。
【図１７】本システムにおける誤差因子（ノイズ）を示す説明図である。
【図１８】本システムにおけるＳＮ比及び感度の算出を説明するための説明図である。
【図１９】Ｌ１８直交実験の実験結果であるＳＮ比の要因効果を表した要因効果図である。
【図２０】Ｌ１８直交実験の実験結果である感度の要因効果を表した要因効果図である。
【図２１】確認実験における各制御因子における現行条件及び最適条件を示す説明図である。
【図２２】現行条件における確認実験の実験結果を示すグラフである。
【図２３】最適条件における確認実験の実験結果を示すグラフである。
【図２４】最適条件及び現行条件に対するＳＮ比及び感度の推定値及び確認値を示した説明図である。
【図２５】検証実験におけるＬ１８直交実験で導き出された最適条件のオン数及びオフ数と、検証実験における検証範囲とを示した説明図である。
【図２６】検証実験における実験パラメータを示した説明図である。
【図２７】検証結果における検証を行ったラダー画像のオン数及びオフ数と、ＳＮ比との対応関係を示した説明図である。
【図２８】検証結果における検証を行ったラダー画像のオン数及びオフ数と、感度との対応関係を示した説明図である。
【図２９】検証結果における画像濃度毎とＳＮ比及び感度との対応関係を示した説明図である。
【図３０】検証結果における画像濃度とＳＮ比との対応関係を表したグラフである。
【図３１】検証結果における画像濃度と感度との対応関係を表したグラフである。
【図３２】第１の実施の形態の制御部で実行される合焦状態調整処理の流れの一例のフローチャートである。
【図３３】第１の実施の形態の画像形成装置におけるエキスパンダレンズの移動の一例を説明するための説明図である。
【図３４】第２の実施の形態の画像形成装置におけるエキスパンダレンズの移動の一例を説明するための説明図である。
【図３５】第２の実施の形態の画像形成装置の一例の概略構成を表す構成図である。
【図３６】第２の実施の形態の光走査装置の一例の概略構成を示す構成図である。
【図３７】第２の実施の形態の制御部で実行される合焦状態調整処理の流れの一例のフローチャートである。
【図３８】調整用パターン画像のその他の例として、主走査方向に延びた直線を示す説明図である。
【図３９】調整用パターン画像のその他の例として、斜め方向に延びた直線を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
まず、本発明の画像形成装置について説明する。図１は、本実施の形態の画像形成装置の一例の概略構成を示す構成図である。
【００２４】
画像形成装置１０は、画像形成ユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ（Ｙはイエロー用、Ｍはマゼンタ用、Ｃはシアン用、Ｋはブラック用を示す）を備えている。これらの画像形成ユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋは、それぞれ、像保持体の一例としての感光体１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋを備えている。感光体１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋの周囲には、それぞれ、帯電装置１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋと、光走査装置１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋと、現像装置１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋと、一次転写装置２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋと、感光体クリーナー２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋと、が備えられている。なお、以下では、個々の色について区別して説明を行う必要が無い場合は、添字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを省略して表記する。
【００２５】
帯電装置１４は、感光体１２の表面を帯電する。光走査装置１６は、制御部４８（詳細後述）の制御に応じて帯電された感光体１２の表面（被走査面）に静電潜像を形成すべく露光走査する。現像装置１８は、感光体１２の表面に形成された静電潜像から現像剤に含まれるトナーによりトナー像を形成する。一次転写装置２０は、例えば転写ロールからなり、トナー像を被転写体の一例としての転写ベルト１００に一次転写する。感光体クリーナー２２は、転写後の感光体１２の表面に付着した残留トナーを除去する。
【００２６】
転写ベルト１００は、駆動ロール２６ａ、テンション・ステアリングロール２６ｃ、支持ロール２６ｂ、２６ｄ、２６ｅ、及びバックアップロール２８により内周面側から張力を掛けつつ回転可能に支持（張架）されている。テンション・ステアリングロール２６ｃは、転写ベルト１００がゆがんだり蛇行したりすることを防ぐためのものである。このように転写ベルト１００を張架する複数のロール２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅと、駆動ロール２６ａを回転させるモータ（図示省略）がベルト駆動装置２５を構成している。
【００２７】
転写ベルト１００の周囲には、当該転写ベルト１００を介してバックアップロール２８と対向して例えば転写ロールからなる二次転写装置３０が配置されている。二次転写装置３０よりも転写ベルト１００の回転方向（図１、矢印Ｘ参照）の下流側には、ベルトクリーナー３２が配置されている。ベルトクリーナー３２は、転写ベルト１００の外周面に残留するトナーを除去する。
【００２８】
また、二次転写装置３０の周囲には、二次転写装置３０に対して記録媒体の一例としての用紙Ｐを搬送供給する給紙装置３３と、用紙Ｐに転写されたトナー像を定着するための定着装置３６が設けられている。なお、本実施の形態の用紙Ｐ及び転写ベルト１００が記録媒体に対応している。
【００２９】
画像形成装置１０では、まず、画像形成ユニット１１Ｙにおいて、感光体１２Ｙは図中の時計回りに回転し、帯電装置１４Ｙでその表面が帯電される。次いで、帯電された感光体１２Ｙの表面には、光走査装置１６Ｙによって露光走査されることで第１色（Ｙ）の静電潜像が形成される。
【００３０】
この静電潜像は現像装置１８Ｙにより供給されるトナー（トナーを含む現像剤）によって現像され、可視化されたトナー像が形成される。トナー像は感光体１２Ｙの回転により一次転写部に到り、一次転写装置２０Ｙからトナー像に逆極性の電界を作用させることにより、トナー像が転写ベルト１００に一次転写される。
【００３１】
同様にして第２色のトナー像（Ｍ）、第３色のトナー像（Ｃ）、及び第４色のトナー像（Ｋ）が画像形成ユニット１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋにより順次形成され転写ベルト１００において重ね合わせられ、多重トナー像が形成される。
【００３２】
次に、転写ベルト１００に転写された多重トナー像は転写ベルト１００の回転で二次転写装置３０が設置された二次転写部に到る。この二次転写部では、二次転写装置３０と転写ベルト１００を介して対向配置したバックアップロール２８との間にトナー像の極性と同極性のバイアス（転写電圧）を印加することで、当該トナー像を用紙Ｐに静電反発させて転写する。
【００３３】
具体的には、用紙Ｐは、用紙容器（図示省略）に収容された用紙束からピックアップローラ（図示省略）で一枚ずつ取り出され、フィードロール（図示省略）で二次転写部の転写ベルト１００と二次転写装置３０との間に予め定められたタイミングで供給される。供給された用紙Ｐには、二次転写装置３０とバックアップロール２８を圧接させると共に転写電圧を付与することで、転写ベルト１００に保持されたトナー像が転写される。
【００３４】
トナー像が転写された用紙Ｐは、搬送装置３４により定着装置３６に搬送され、加圧／加熱処理でトナー像を固定して永久画像とされる。
【００３５】
多重トナー像の用紙Ｐへの転写が終了した転写ベルト１００は、二次転写部の下流に設けたベルトクリーナー３２で外周面に残留するトナーの除去が行われ、次の転写に備えることとなる。また、二次転写装置３０にもクリーニング部材（図示省略）が設けられており、転写で付着したトナー粒子や紙紛等の異物が除去される。
【００３６】
なお、単色画像の転写の場合は、一次転写されたトナー像を単色で二次転写して定着装置３６に搬送するが、複数色の重ね合わせによる多色画像の転写の場合は各色のトナー像が一次転写部で一致するように転写ベルト１００と感光体１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋとの回転を同期させて各色のトナー像がずれないようにする。
【００３７】
このようにして、本実施形態に係る画像形成装置１０では、用紙Ｐに画像が形成される。
【００３８】
次に、光走査装置１６の構成について説明する。本実施の形態の光走査装置１６は各色とも同一構成である。
【００３９】
図２は、本実施の形態の光走査装置１６の一例の概略構成を表す構成図である。光走査装置１６は、光源４０と、偏向前光学系４２と、偏向器４４と、走査光学系４６と、制御部４８と、を備えている。
【００４０】
光源４０は、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：面発光レーザ）であり、主走査方向および副走査方向の二次元に配置された複数の発光点（図示省略）を備えている。具体的な一例として、３２個の発光点を備える場合、光源４０には、副走査方向に沿って配列された８個の発光点からなる列が、主走査方向において４列並べられている。本実施の形態では、光源４０は、制御部４８に電気的に接続されており、複数の発光点の発光（オン）・非発光（オフ）はそれぞれ制御部４８によって独立的に制御される。
【００４１】
光源４０から発せられた光線は、偏向前光学系４２を通じて偏向器４４に導かれる。本実施の形態では、図２に示すように偏向器４４の一例として、ポリゴンミラーを用いている。偏向器４４に導かれた光線は、回転する偏向器４４によって主走査方向に偏向される。偏向された光線は走査光学系４６を通じて被走査面の一例としての感光体表面５０に照射される。すなわち、光源４０から発せられた光線は偏向器４４と走査光学系４６とによって主走査方向に偏向されつつ感光体表面５０に照射される。これにより、感光体表面５０に対して光線が走査され、感光体表面５０が露光することとなる。
【００４２】
偏向器４４と走査光学系４６によって光線を偏向走査する方向が主走査方向であり、主走査方向に交差する方向が副走査方向である。感光体表面５０においては、軸方向に対応する方向が主走査方向であり、回転方向に対応する方向が副走査方向である。また、光線の進行方向であって、主走査方向および副走査方向に交差する方向が光軸方向である。
【００４３】
偏向前光学系４２には、コリメータレンズ５２と、スリット５４と、ビームスプリッター５６と、一対のエキスパンダレンズ５８、６０と、シリンダーレンズ６２と、が備えられている。コリメータレンズ５２は、光源４０から発せられた光線を平行光に変換する。スリット５４は、コリメータレンズ５２を通過した光線の一部を絞って所望のビーム形状に整形する。ビームスプリッター５６は、スリット５４を通過した光線を画像書き込み用の透過光と光量調整用の反射光とに分割する。一対のエキスパンダレンズ５８、６０は、ビームスプリッター５６を透過光として通過した光線に対して主走査方向においてビーム径を拡大する。シリンダーレンズ６２は、一対のエキスパンダレンズ５８、６０の間に設けられて光線を副走査方向に収束する。
【００４４】
一対のエキスパンダレンズ５８、６０の内の光線の進行方向上流側のエキスパンダレンズ５８は、主走査方向にのみパワーをもつレンズであり、主走査方向にのみ平行光を発散光に変換する。光線の進行方向下流側のエキスパンダレンズ６０は、主走査方向にのみパワーをもつレンズであり、エキスパンダレンズ５８によって変換された発散光を平行光に再変換する。これにより、一対のエキスパンダレンズ５８、６０の間でビーム径が拡大される。
【００４５】
図２に示すように、光線の進行方向下流側のエキスパンダレンズ６０には、ステッピングモータ６３が接続されている。エキスパンダレンズ６０は、光軸方向において移動可能に構成されている（詳細後述）。エキスパンダレンズ６０は、ステッピングモータ６３の駆動により移動することによって、感光体表面５０における光線の焦点位置（合焦状態）を調整する。ステッピングモータ６３は制御部４８に電気的に接続されている。制御部４８は、ステッピングモータ６３によるエキスパンダレンズ６０の移動を制御する機能を有している（詳細後述）。本実施の形態の制御部４８は、ステッピングモータ６３の駆動量（パルス数）からエキスパンダレンズ６０の移動量を把握する。
【００４６】
シリンダーレンズ６２は、副走査方向にのみパワーをもつレンズであり、偏向器４４の近傍において副走査方向に光線を収束させるためのものである。
【００４７】
走査光学系４６は、上流側から順に、ｆθレンズ６４と、ｆθレンズ６６と、シリンダーミラー６８と、折り返しミラー７０と、シリンダーミラー７２と、ウインドウガラス７４と、を備えている。
【００４８】
ｆθレンズ６４、６６は、２枚の組み合わせにより、感光体表面５０で光線が等速に走査されるように光線の走査位置を変換すると共に、主走査方向のビーム径を収束するものである。２枚のシリンダーミラー６８、７２は、副走査方向にのみパワーをもつミラーであり、２枚でアフォーカル光学系を構成し副走査方向のビーム径を収束するものである。また、２枚のシリンダーミラー６８、７２は、偏向器４４の副走査方向の傾き（面倒れ）を補正する機能も有している。折り返しミラー７０は、２枚のシリンダーミラー６８、７２の間で光線を折り返すためのものである。ウインドウガラス７４は、光線の出射窓であり、光走査装置１６内部への埃や異物の侵入を防止するものである。
【００４９】
また、本実施の形態では、感光体１２の近傍に、感光体表面５０の電位を検知するための表面電位センサ８０が設けられている。表面電位センサ８０は、感光体表面５０の電位を検知する機能を有していれば特に限定されないが、一例としては、ＥＳＶ（Electrostatic Voltmeter）センサが挙げられる。本実施の形態では、感光体表面５０の表面電位を検知することにより静電潜像の電位を検知している。
【００５０】
本実施の形態の表面電位センサ８０は、制御部４８に電気的に接続されており、感光体表面５０における予め定められた検知領域の表面電位を検知して、制御部４８に出力する。
【００５１】
次に本実施の形態における制御部４８における、光走査装置１６から照射されたビームの感光体表面５０における合焦状態の調整処理（以下、「合焦状態調整処理」という。）について説明する。なお、制御部４８は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、及びＲＯＭ（Read  Only  Memory）等を備えたコンピュータやＡＳＩＣ等として実現されており、ＣＰＵが、ＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、合焦状態調整処理が実行される。
【００５２】
まず、本実施の形態における合焦状態調整処理の原理について説明する。
【００５３】
図３は、感光体表面５０の露光量と表面電位との対応関係の一例を表す放電曲線（ＰＩＤＣ：Photo-Induced Discharge Curve）を示すグラフである。図３に示すように、露光量と表面電位との対応関係は、線形領域及び非線形領域を有している。非線形領域では、線形領域に比べて、露光量が増加しても表面電位が大きくならない。
【００５４】
図４及び図５には、感光体表面５０に、合焦状態調整用の画像として副走査方向に延びた直線であるラダー画像の静電潜像を形成した場合の感光体表面５０のプロファイルを示す。具体的に図４及び図５では、ビーム径（光源４０のオンに対応）が３０μｍ及び９０μｍの場合の感光体表面５０の主走査方向における表面電位を表している。図４は、線形領域における感光体表面５０の表面電位のプロファイルの一例である。また、図５は、非線形領域における感光体表面５０の表面電位のプロファイルの一例である。
【００５５】
図４に示すように、ビーム径が大きくなると表面電位のピークが下がり、裾が広がったなだらかな曲線となる。また、図４に示すように線形領域では、ビーム径が３０μｍの場合の表面電位の平均値と、ビーム径が９０μｍの場合の表面電位の平均値とに差が生じない。または、差が生じていても実験的に得られた誤差として許容できる範囲内である。このように、線形領域においては、合焦位置がずれてビーム径が変化（大きくなるように変化）しても表面電位の平均値は変化しない。
【００５６】
一方、図５に示すように、ビーム径が９０μｍの場合では、表面電位のピークが飽和することがない。ビーム径が３０μｍの場合では、表面電位のピークがサチレート電位に飽和（サチレート）してしまい、凸部がつぶれた形状のプロファイルを示す。そのため、ビーム径が９０μｍの場合の表面電位の平均値に比べて、ビーム径が３０μｍの場合表面電位の平均値が低下する。このように、非線形領域においては、合焦位置がずれてビーム径が変化（大きくなるように変化）すると表面電位の平均値が大きくなる。
【００５７】
すなわち、放電曲線の非線形領域においては、合焦状態（焦点が合っている）場合の表面電位の平均値は、非合焦状態（焦点がずれている状態）の表面電位の平均値よりも小さくなる。
【００５８】
上記非線形領域における現象を利用するため本実施の形態では、放電曲線が非線形領域となる露光量で静電潜像を形成して合焦状態の調整を行う。本実施の形態では、具体的一例として合焦状態の調整のため、上述したように光走査装置１６のエキスパンダレンズ６０の位置をステッピングモータ６３により移動させる。図６には、エキスパンダレンズの位置とビーム径との対応関係の一例を表すグラフを示す。また、図７には、エキスパンダレンズの位置と感光体表面５０の表面電位の平均値との対応関係の一例を表すグラフを示す。なお、図６及び図７では、放電曲線が非線形領域となる露光量によって静電潜像を形成している。
【００５９】
図６及び図７では、エキスパンダレンズ６０をホームポジションから移動させた位置を「エキスパンダレンズ位置」として示している。ホームポジションとは、初期位置であり、例えば、エキスパンダレンズ６０の可動範囲内においてシリンダーレンズ６２に最も近い位置である。この場合、エキスパンダレンズ位置は、ホームポジションから偏向器４４に近付く方向へ移動させた場合のエキスパンダレンズ６０の位置、すなわちホームポジションからの距離に対応する。
【００６０】
合焦状態では、非合焦状態に比べてビーム径がぶれない。そのため、本実施の形態では、ビーム径が最小となる場合を合焦状態であるとみなしている。
【００６１】
図７に示すように、エキスパンダレンズの位置がホームポジションに近い側、または遠く離れた側（偏向器４４に近い側）では、表面電位がサチレート（飽和）する。すなわち、非合焦状態になりビーム径が大きくなると表面電位は増加し、サチレートする。一方、図６及び図７に示すように、合焦状態では、表面電位は最小値となる。そのため本実施の形態では、感光体表面５０の表面電位が最小電位となる場合を合焦状態とみなしている。
【００６２】
なお、このように表面電位が最小電位となる場合を合焦状態とみなすためには、サチレート電位と最小電位との電位差である表面電位差Ｖｐ−pが、検知誤差等の誤差を考慮したうえで有意な値とならなくてはいけない。図８には、表面電位差Ｖｐ−pと露光量との対応関係の一例を表したグラフを示す。図８に示した対応関係が得られた場合では、図８に示した範囲の露光量（非線形領域となる露光量）において有意な表面電位差Ｖｐ−pが得られるため、当該範囲内の露光量を調整用光量とすればよい。調整用光量は、このように予め実験等により、得ておくようにすればよい。なお、調整用光量が調整用強度に対応している。
【００６３】
従って本実施の形態の画像形成装置１０では、放電曲線が非線形となる露光量である調整用光量で感光体表面５０に静電潜像を形成し、当該静電潜像（感光体表面５０の表面）の電位が最小となるように光走査装置１６を制御（エキスパンダレンズ６０を移動）することにより合焦状態を調整する。
【００６４】
本実施の形態の画像形成装置１０における合焦状態の調整では、上述したように図８に示した露光量と検知電位差との対応関係が維持されていれば、合焦状態の調整を行うのに適切な検知電位差が得られる。しかしながら、画像形成装置１０における感光体１２の感度誤差により、露光量と検知電位差との対応関係を表す直線の傾きが大きく変動する場合がある。このような場合では、適切な検知電位差が得られなくなり、合焦状態の調整が適切に行えなくなることがある。感光体１２の感度誤差は、環境変化や経時変化等により生じる。環境の具体的一例としては、画像形成装置１０周辺の温度及び湿度が挙げられる。また、経時変化の具体的一例としては、感光体１２の保護膜（オーバーコート膜）の膜厚が挙げられる。図１及び図２では、図示を省略したが、感光体表面５０には、感光体１２の耐久性を高めるために保護膜が設けられている。当該保護膜は、画像形成装置１０による画像の形成によって摩耗するため、経時変化によって、膜厚が薄くなる。保護膜の膜厚が薄くなると、感光体１２の帯電電位が変位するため、露光量に対する検知電位が変位する。
【００６５】
そこで本発明者らは、検知電位による合焦状態の調整を行うシステムにおいて、環境変化や経時変化等に対してロバストな合焦状態の調整を行う方法を構築するために、品質工学におけるパラメータ設計を行った。
【００６６】
図９及び図１０には、検知電位による合焦状態の調整を行うシステムを説明するための説明図を示す。図９に示したシステムにおいて、入力を露光量、出力を検知電位差とした場合に図１０に示した理想状態が得られるように本システムの設計を行う。なお、上記図８に示した露光量と検知電位差との対応関係では、露光量＝０ｍJ／ｍ２の場合に、検知電位差Ｖｐ−p＝０Ｖとはならないため、当該対応関係に基づいて、予め露光量から１ｍJ／ｍ２引いた値を用いて本システムを運用している。そのため、図１０に示した理想状態では、横軸の入力Ｍを「露光量−１［ｍＪ／ｍ２］」としている。
【００６７】
図１１には、本システム設計における制御因子を示す。制御因子として、図１１に示す８種類を採用した。なお、制御因子とは、設計に関する要素であってシステムの出力に影響を及ぼす要素であり、システムの設計者やユーザ等が自由に選択できる因子である。また、ここでは、後述するＬ１８直交表に割付るために８種類の制御因子を設定した。
【００６８】
制御因子Ａは、調整用パターン画像に関するものであり、調整用パターン画像として形成する画像（静電潜像及びトナー像）が、パッチであるか帯であるかを表す。図１２には、制御因子Ａ（パッチ／帯）を説明するための説明図を示す。図１２に示すように帯の調整用パターン画像とは、感光体１２の１周分に対応する縦のラダー（直線）画像である。また、パッチの調整用パターン画像とは、感光体１２の１周分に満たない、帯と比べて小さな（短い）ラダー画像である。
【００６９】
制御因子Ｂは、ダミーの因子である。本システム設計においては、上述のように８種類の制御因子を設定しているが、実際の制御因子（システムに影響を与える因子）が８種類に満たないため、不足分については、このようにダミーを設定した。
【００７０】
制御因子Ｃ及び制御因子Ｄは、調整用パターン画像に関するものである。図１３には、制御因子Ｃ及び制御因子Ｄを説明するための説明図を示す。なお、図１３には具体的一例として、制御因子Ｃであるオン数が２、制御因子Ｄであるオフ数が６の場合を示している。制御因子Ｃは、調整用パターン画像における線（ラダー）のドット数に関するものであり、線幅に対応する。具体的一例として、２４００ｄｐｉの画像の場合、１ドットの幅は、１０．６μｍとなる。従って、図１３に示すように、オン数が２、オフ数が６の場合は、調整用パターン画像は、線幅が２１．２μｍ、間隔が６３．６μｍのラダー（直線）が形成された画像（ラダー画像）となる。
【００７１】
制御因子Ｅ及び制御因子Ｆは、光源４０から出射されたビーム径に関するものである。図１４には、制御因子Ｅ及び制御因子Ｆを説明するための説明図を示す。なお、Ｔａｎビーム径及びＳａｇビーム径は、いずれも焦点が合った場合（ビーム径が最初となる地点）のビーム径に対応している。図１４に示すように、制御因子ＥであるＴａｎビーム径は、主走査方向のビーム径に対応している。また、制御因子ＦであるＳａｇビーム径は、副走査方向のビーム径に対応している。
【００７２】
制御因子Ｇは、感光体１２の帯電電位（ＶＨ）である。
【００７３】
制御因子Ｈは、ダミーの因子である。上述の制御因子Ｂと同様に、制御因子の種類の不足分を補うために設けられた因子である。
【００７４】
本システム設計においては、図１１に示した様に、各々の制御因子に対して３つの水準（水準値１〜３）を設けた。図１５には、制御因子と水準とが割り付けられたＬ１８直交表を示す。
【００７５】
図１６には、本システムにおける信号因子（入力）を示す。信号因子としては、図１６に示すように、露光量−１＝１、２、３、３．７（ｍＪ／ｍ２）の４種類を採用した。
【００７６】
また、図１７には、本システムにおける誤差因子（ノイズ）を示す。誤差因子とは、システムの出力に影響を及ぼす要素であり、システムの設計者やユーザ等が自由に選択できない因子である。誤差因子としては、図１７に示すように、温度が２２℃、湿度が８０％、感光体１２の保護膜の膜厚が２〜３μｍ（誤差条件１）と、温度が１０℃、湿度が１０％、感光体１２の保護膜の膜厚が７μｍ（誤差条件２）とを採用した。
【００７７】
図１８には、ＳＮ比及び感度の算出を説明するための説明図を示す。Ｌ１８直交実験の結果として、図１８に示した算出式を用いてＳＮ比及び感度を算出した。なお、図１８に示した算出式は、「入門  タグチメソッド」立林和夫著、日科技連出版社、３．６動特性の種類とＳＮ比の計算方法、表３．６．１  ゼロ点比例式と１次式のＳＮ比の計算式、ｐ６７に記載された算出式を採用した。なお、本実施の形態では、図１８に示した算出式においてノイズを２水準（ｎ＝２）として用いている。
【００７８】
また、図１９には、算出したＳＮ比の要因効果を表した要因効果図を示す。図２０には、算出した感度の要因効果を表した要因効果図を示す。
【００７９】
ＳＮ比とは、バラツキを表す指標であり、数値が大きいほど、バラツキが小さいことを表している。また、感度とは、出力の大きさを表す指標であり、本システムにおいては、検出電位に対応する。
【００８０】
図１９及び図２０に示した要因効果図から、調整用パターン画像（ラダー画像）のオン数、オフ数、及び帯電電位（ＶＨ）がＳＮ比に寄与することがわかった。また、オフ数は、ＳＮ比及び感度共に上昇させることができることがわかった。本システムでは、要因効果図に基づいて、ＳＮ比及び感度が大きくなるように水準を選択する。なおパッチ/帯についてはパッチの方がＳＮ比及び感度ともに大きい結果となったが、感光体一周の平均位置で焦点を合わせた方が感光体周方向全域で安定して精度を出せることから、最適条件には敢えて帯を選択した。
【００８１】
次に、選択した制御因子について確認実験を行った。図２１には、各制御因子における現行条件及び最適条件を示す。図２２には、現行条件における確認実験の実験結果を示す。また、図２３には、最適条件における確認実験の実験結果を示す。なお、最適条件における確認実験に用いたデータは後述する最適条件の周辺の条件で検証した８ｏｎ１２ｏｆｆ及び１０ｏｎ１２ｏｆｆのデータの平均値を用いた。これは一連の実験後に入力を露光量−１に変更して全体を再検証した際に最適条件が変わったため、入力を変更する前に９ｏｎ１２ｏｆｆのデータを取得していなかったためである。しかし８ｏｎ１２ｏｆｆのＳＮ比は２１．４２、感度は２９．４４であり、１０ｏｎ１２ｏｆｆのＳＮ比は２３．５８、感度は２９．９５と両者の差異は少なく、それら単独の条件から算出した利得はＬ１８実験で得られた利得の推定値との差が±３ｄｂ以内に収まることから９ｏｎ１２ｏｆｆのデータを両者の平均値で代用できると判断した。さらに、図２４には、最適条件及び現行条件に対するＳＮ比及び感度の推定値及び確認値を示す。
【００８２】
なお、本実施の形態において現行条件には、予め、本システムの検討段階で予備実験等や理論的に得られた、適切と推定される制御因子同等のものを用いている。
【００８３】
図２２及び図２３に示すように、現行条件に対して最適条件では、誤差因子を与えているにもかかわらず、ほとんど出力の差が無く、感度も上昇した。また、図２４に示すように、ＳＮ比及び感度の利得の差がいずれも±３ｄｂ以内であるため、安定性が確認でき、再現性が有ると判断できる。このように、図２２〜２４によれば、本システムにおいて現行条件を用いた場合における誤差が、最適条件を用いることにより修正されることがわかる。
【００８４】
さらに、上記Ｌ１８直交実験で導き出された最適条件の周辺の条件に対応する画像を検証することにより、調整用パターン画像として最適な画像の検証実験を行った。具体的には、縦のラダー画像のオン数及びオフ数を変動させて最適条件の検証を行った。図２５には、Ｌ１８直交実験で導き出された最適条件のオン数及びオフ数と、検証実験における検証範囲とを示す。
【００８５】
検証実験としては、上述のＬ１８実験において図９及び図１０に示したシステムと同様に、入出力（図１６参照）及び誤差因子（図１７参照）を設定し、図２５に示した検証範囲内の調整用パターン画像の各々について検証実験を行い、各画像のＳＮ比と感度とを算出した。図２６には、本検証実験の実験パラメータを示す。なお、Ｔａｎビーム径、Ｓａｇビーム径、及び帯電電位（ＶＨ）は、Ｌ１８直交実験における最適条件と同様とした。
【００８６】
検証結果を図２７及び図２８に示す。図２７は、検証を行ったラダー画像のオン数及びオフ数と、ＳＮ比との対応関係を示す。図２８は、検証を行ったラダー画像のオン数及びオフ数と、感度との対応関係を示す。
【００８７】
図２７及び図２８に示した検証結果を画像濃度により分類した。図２９には、画像濃度とＳＮ比及び感度との対応関係を示す。また、図３０には、画像濃度とＳＮ比との対応関係を表したグラフを示す。図３１には、画像濃度と感度との対応関係を表したグラフを示す。なお、本実施の形態においては、画像濃度＝ラダー画像におけるオン数／（オン数＋オフ数）、としている。
【００８８】
通常、画像形成装置１０では、光走査装置１６の最大露光量は、３ｍＪ／ｍ２以下である。当該条件において、ＳＮ比が１５ｄｂ以上、かつ感度が２７ｄｂ以上を満たせば、露光量を３ｍＪ／ｍ２とした場合に静電潜像の検知電位差の平均として、４５Ｖ以上が得られる。感光体１２の一時的な電位差（誤差）が１５Ｖあり、その３倍以上の潜像電位差（検知電位差）が得られるため、一時的な誤差に埋もれずに安定的に、合焦状態を調整することができる。すなわち、ＳＮ比が１５ｄｂ以上、かつ感度が２７ｄｂ以上を満たせば、露光量−１ｍＪ／ｍ２＝２ｍＪ／ｍ２である場合に潜像電位差の平均として４５Ｖ以上が安定的に得られる（図２３参照）。
【００８９】
図２９及び図３０から分かるように、画像濃度が４５％の場合に、ＳＮ比が最大となる。また、図２９及び図３１から分かるように、画像濃度が４５％の近傍で感度を大きくするには、ラダー画像を粗くすることが有効である。なお、本実施の形態においてラダー画像が「粗い」とは、オン数及びオフ数の値がいずれも大きいことをいう。例えば、オン数が６でオフ数が６のラダー画像よりも、オン数が１２でオフ数が１２のラダー画像の方が粗い画像である。細かいラダー画像では、ラダー（直線）の線幅が細く、線同士の間隔も狭い。そのため、ラダーがにじんだりすることにより、線同士の間隔がつぶれてしまう場合がある。一方、粗いラダー画像では、ラダー（直線）の線幅が太く、線同士の間隔も広くなるため、ラダーがにじんだ場合であっても、線同士の間隔がつぶれてしまうことが抑制される。そのため、ラダー画像が粗い方が、感度が大きく、検知電位差が大きくなる。
【００９０】
従って、図２９〜図３１から分かるように、ＳＮ比が１５ｄｂ以上、かつ感度が２７ｄｂ以上とするためには、ラダー画像の画像濃度が３５％〜５５％の範囲内であり、かつオン数が８以上であれば、誤差条件に係わらず、安定的に検知電位差が得られる。なお、上述したようにオン数が８とは、線幅が８ドットであることを表しており、２４００ｄｐｉにおいては１ｄｏｔ＝１０．６μｍであるため、８ｄｏｔ＝８４．８μｍとなる。
【００９１】
以上説明したように本検証実験によれば、ラダー画像の画像濃度が３５％〜５５％の範囲内であり、かつ線幅が８０μｍ以上であれば、誤差条件に係らず、適切に合焦状態を調整することができる。従って、本実施の形態の画像形成装置１０によれば、感光体１２の感度誤差に対してロバストに感光体表面５０に集光される光線の合焦状態を調整することができる。
【００９２】
なお、本実施の形態では、ラダー画像の線幅の上限は、表面電位センサ８０の検知領域に応じて定めている。具体的には、精度良く線幅を検出するためには、表面電位センサ８０の検知領域の幅（より具体的には、ラダー画像の線幅と同方向の幅）よりも、線幅の方が小さい方が好ましい。
【００９３】
なお、上述したように、ラダーがにじんだ場合に線同士の間隔がつぶれてしまうのを抑制するためにも、線同士の間隔が狭くなる部分が生じないように、線同士の間隔が均等であることが好ましい。
【００９４】
次に、本実施の形態の画像形成装置１０における合焦状態の調整について説明する。図３２には、本実施の形態の画像形成装置１０の制御部４８で実行される合焦状態調整処理の流れの一例のフローチャートを示す。なお、合焦状態調整処理を行うタイミングは特に限定されないが、画像形成装置１０の電源投入時、一連の画像データに応じた画像の形成前や後、予め定められた数の画像の形成後、及びユーザの所望に応じたタイミング等が挙げられる。
【００９５】
ステップＳ１００では、露光量を調整用光量に切り替える。本実施の形態の画像形成装置１０では、通常、記録媒体上に画像を形成する場合は、上述した放電曲線が線形領域となる範囲内の露光量（通常露光量）で感光体表面５０を露光している。一方、調整用光量は、放電曲線が非線形領域となる範囲内の露光量であり、通常露光量よりも光量が大きい。そのため、制御部４８は、露光量を調整用光量に切り替えるよう、光源４０を制御する。
【００９６】
本実施の形態の光源４０は、発光点をオン・オフさせ駆動させるための駆動部（図示省略）を備えている。駆動部は、駆動電流を生成し、発光点に供給する。当該駆動部は、制御部４８の制御に基づいて、調整用光量に応じた電流量の駆動電流を生成し、発光点に供給する。なお、本実施の形態の光源４０の駆動部では、駆動電流の電流量を切り替えることにより調整用光量へ切り替えているがこれに限らない。例えば、パルス信号により駆動させるときのパルス幅を切り替えてもよい。また、例えば、駆動電流の電圧値を切り替えるようにしてもよい。
【００９７】
次のステップＳ１０２では、調整用パターン画像を感光体表面５０に形成する。本実施の形態では、主走査方向の合焦状態の調整するための調整用パターン画像として、上述したように、ラダー画像の画像濃度が３５％〜５５％の範囲内であり、かつ線幅が８０μｍ以上の、副走査方向に延びた直線であるラダー画像を用いている。そのため、当該ラダー画像の画像データが、制御部４８内部のメモリ（図示省略）内に予め記憶されている。制御部４８は、当該ラダー画像の画像データに基づいて、発光点をオン・オフさせるように光源４０を制御する。これにより、感光体表面５０には、ラダー画像の静電潜像が形成される（図２、感光体１２参照）。
【００９８】
次のステップＳ１０４では、制御部４８は表面電位センサ８０から表面電位を取得する。本実施の形態の表面電位センサ８０は、感光体表面５０の予め定められた検知領域の表面電位を検知して、制御部４８に出力する。
【００９９】
次のステップＳ１０６では、制御部４８は表面電位の平均値を算出する。本実施の形態では、検知領域内における複数（複数回）の表面電位を取得するため、制御部４８は、取得した表面電位の平均値を算出する。本実施の形態では、算出した平均値は、制御部４８内のメモリ等の記憶部（図示省略）に一時的に記憶しておく。なお、このように平均値を算出しなくてもよいが、検知領域を複数回測定して平均値を算出することにより、調整精度が向上する。
【０１００】
次のステップＳ１０８では、今回の平均値の算出が一回目に当たるのか否か判断する。具体的には、本合焦状態調整処理において一回目のステップＳ１０２〜ステップＳ１０６の処理を行ったのか否か判断する。一回目に当たる場合は肯定されてステップＳ１１２へ進む。一方、一回目ではない、すなわち二回目以降に当たる場合は、否定されてステップＳ１１０へ進む。
【０１０１】
ステップＳ１１０では、前回の平均値≧今回の平均値を満たすか否か判断する。今回の平均値が前回の平均値と同じ、もしくは小さい場合は、肯定されてステップＳ１１２へ進む。
【０１０２】
ステップＳ１１２では、エキスパンダレンズ６０を移動させる。具体的には、制御部４８は、ステッピングモータ６３を制御してエキスパンダレンズ６０を移動させる。一回の調整におけるエキスパンダレンズ６０の移動量は特に限定されないが、例えば、感光体表面５０の表面電位とエキスパンダレンズ６０との対応関係等に基づいて予め実験的に定めておいてもよい。
【０１０３】
なお、本実施の形態の合焦状態調整処理では、表面電位センサ８０による表面電位の検知とエキスパンダレンズ６０の移動とによる調整（ステップＳ１０２〜ステップＳ１０６）を繰り返し行うが、エキスパンダレンズ６０の移動量は、毎回同量であってもよいし、異なるようにしてもよい。
【０１０４】
図３３には、本実施の形態の画像形成装置１０におけるエキスパンダレンズ６０の移動の一例を説明するための説明図を示す。図３３（１）は、エキスパンダレンズ６０の移動量とビーム径との対応関係を表すグラフを示している。図３３（２）は、エキスパンダレンズ６０の移動量と感光体表面５０の表面電位との対応関係を表すグラフを示している。図３３から、ビーム径が最小となる位置と、表面電位が最小となる位置が対応していることがわかる。本実施の形態では、この表面電位が最小となる位置を検出するためにエキスパンダレンズ６０を移動させる。このような場合では、エキスパンダレンズ６０がホームポジションから移動を開始した初期では、一回の調整における移動量を多くし、表面電位の平均値が前回よりも小さくなり出したら、または前回よりも予め定められた量以上小さくなった場合は、一回の調整における移動量を少なくしてもよい。このように移動量を異ならせることにより、調整精度を低下させることなく調整時間が短縮される。
【０１０５】
このようにステップＳ１１２においてエキスパンダレンズ６０が移動されると、ステップＳ１０２に戻り、本処理を繰り返す。エキスパンダレンズ６０が移動したことにより、合焦状態が変化し、感光体表面５０のビーム径が変化したため、変化したビーム径により静電潜像を感光体表面５０に形成し、表面電位を検知する処理を繰り返す。
【０１０６】
一方、ステップＳ１１０で今回の表面電位の平均値が前回の表面電位の平均値よりも大きい場合は、否定されてステップＳ１１４へ進む。
【０１０７】
ステップＳ１１４では、前回のエキスパンダレンズ６０の位置が、ビームが感光体表面５０において合焦状態となる最適位置と判断する。
【０１０８】
次のステップＳ１１６では、ステップＳ１１４で最適位置と判断した位置にエキスパンダレンズ６０を移動させた後、本合焦状態調整処理を終了する。
【０１０９】
なお、本実施の形態の画像形成装置１０は４色の画像形成ユニット１１（１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ）を備えているため、各色毎に調整用パターン画像を形成して上記合焦状態調整処理を行うようにするとよい。
【０１１０】
このように本実施の形態の画像形成装置１０では、調整用パターン画像として、画像濃度が３５％〜５５％の範囲内であり、かつ線幅が８０μｍ以上であるラダー画像を用いている。これにより、感光体１２の感度誤差に対してロバストに感光体表面５０に集光される光線の合焦状態を調整することができる。
【０１１１】
また、本実施の形態の画像形成装置１０では、エキスパンダレンズ６０の位置を移動させ、感光体表面５０の表面電位が最も小さくなった場合に、ビームが合焦状態にあると推定している。本実施の形態では、制御部４８が調整用光量に露光量を切り替えた後、調整用パターン画像の静電潜像を感光体表面５０に形成させる。制御部４８は、表面電位センサ８０から感光体表面５０の表面電位を取得し、表面電位の平均値を算出し、エキスパンダレンズ６０を移動させる。制御部４８は、調整用パターン画像の形成、表面電位の取得、及びエキスパンダレンズ６０の移動を繰り返して、表面電位の平均値が最も小さくなるエキスパンダレンズ６０の位置を最適値とし、最適値にエキスパンダレンズ６０を移動させる。
【０１１２】
また、本実施の形態では、調整用パターン画像の線幅を測定せずに、表面電位センサ８０で検知した表面電位基づいて合焦状態の調整を行う。表面電位センサ８０は、一般的に画像形成装置に備えられていることが多い。従って、本実施の形態では、簡易な構成で、光走査装置１６により感光体表面５０に集光されたビームの合焦状態を調整することができる。また、本実施の形態の画像形成装置１０では、感光体表面５０にビームの焦点位置が合わせられる（合焦状態）ため、高精細な画像が形成される。
［第２の実施の形態］
本実施の形態の画像形成装置１０、光走査装置１６、及び制御部４８は、第１の実施の形態と同様の構成及び動作（処理）を含むため、同様の構成及び動作（処理）についてはその旨を記し、詳細な説明を省略する。
【０１１３】
第１の実施の形態では、感光体表面５０の表面電位が最小となる場合を合焦状態とみなしている。これに対して本実施の形態では、トナー像の濃度（濃度値）、が最小となる場合を合焦状態とみなす。なお、本実施の形態の画像形成装置１０では、トナー像には、感光体表面５０に形成されたトナー像、転写ベルト１００に一次転写されたトナー像、及び用紙Ｐに二次転写されたトナー像の３種類がある。本実施の形態の画像形成装置１０では、３種類のトナー像のいずれかについて、濃度が最少状態となる場合を合焦状態とみなす。
【０１１４】
図３４には、本実施の形態の画像形成装置１０におけるエキスパンダレンズ６０の移動の一例を説明するための説明図を示す。図３４（１）は、エキスパンダレンズ６０の移動量とビーム径との対応関係を表すグラフを示している。図３４（２）は、エキスパンダレンズ６０の移動量とトナー像の濃度との対応関係を表すグラフを示している。なお、図３４（２）におけるトナー像の濃度とは、用紙Ｐ上に形成されたトナー像の濃度のことである。図３４から、ビーム径が最小となる位置と、トナー像の濃度が最小となる位置が対応していることがわかる。本実施の形態では、このトナー像の濃度が最小となる位置を合焦状態と見なし、当該位置を検出するためにエキスパンダレンズ６０を移動させる。
【０１１５】
図３５は、本実施の形態の制御装置を含む画像形成装置１０の一例の概略構成を示す構成図である。また、図３６は、本実施の形態の光走査装置１６の一例の概略構成を表す構成図である。
【０１１６】
本実施の形態の画像形成装置１０では、トナー像の濃度を検出するための濃度センサが設けられている。
【０１１７】
転写ベルト１００に一次転写されたトナー像の濃度を検知する場合は、画像形成ユニット１１のうち最下流の画像形成ユニット１１Ｙの下流にあたる転写ベルト１００のトナー像が転写された面に対向する位置に濃度センサ８３が設けられる。濃度センサ８３が検知した濃度値は、制御部４８に出力される。
【０１１８】
また、用紙Ｐに二次転写されたトナー像の濃度を検知する場合は、用紙Ｐの定着装置３６によりトナー像が定着された面に対向する位置に濃度センサ８５が設けられる。濃度センサ８５が検知した濃度値は、制御部４８に出力される。
【０１１９】
また、感光体表面５０に形成されたトナー像の濃度を検知する場合は、感光体表面５０に対向する位置に、濃度センサ８１が設けられる。濃度センサ８１が検知した濃度値は、制御部４８に出力される。
【０１２０】
濃度センサ８１、８３、８５は、それぞれトナー像の濃度を検知できるものであれば特に限定されない。なお、図３５では、便宜上、濃度センサ８３、８５共に図示しているが、本実施の形態の画像形成装置１０では、いずれの濃度に応じて合焦状態を調整するかは予め定められているため、これに応じて濃度センサ８１、８３、８５のうち少なくとも一つを備えていればよい。
【０１２１】
本実施の形態の合焦状態調整処理について説明する。図３７には、本実施の形態の制御部４８で実行される合焦状態調整処理の流れの一例のフローチャートを示す。本実施の形態の合焦状態調整処理は、第１の実施の形態の合焦状態調整処理（図３２参照）と同様の処理を含むため、同様の処理については、その旨を記し詳細な説明を省略する。
【０１２２】
ステップＳ２００及びステップＳ２０２は、第１の実施の形態の合焦状態調整処理のステップＳ１００及びステップＳ１０２に各々対応している。まずステップＳ２００で、露光量を調整用光量に切り替え、次のステップＳ２０２では、調整用パターン画像となるラダー画像を感光体表面５０に形成する。第１の実施の形態で上述したように本実施の形態においても、主走査方向の合焦状態の調整するための調整用パターン画像として、ラダー画像の画像濃度が３５％〜５５％の範囲内であり、かつ線幅が８０μｍ以上の、副走査方向に延びた直線であるラダー画像を用いている。
【０１２３】
本実施の形態のステップＳ２０２では、感光体表面５０に形成された静電潜像を現像装置１８により現像してトナー像を形成する。
【０１２４】
次のステップＳ２０４では、画像形成装置１０に備えられている濃度センサ（濃度センサ８１、８３、８５のいずれか）から、濃度値を取得する。
【０１２５】
ステップＳ２０６では、濃度値の平均値を算出する。本実施の形態では、検知領域内における複数（複数回）の濃度値を取得するため、制御部４８は、取得した濃度値の平均値を算出する。なお、本実施の形態では、算出した平均値は、制御部４８内のメモリ等の記憶部（図示省略）に一時的に記憶しておく。
【０１２６】
次のステップＳ２０８以降の処理は、第１の実施の形態における平均値が表面電位の平均値であったのに対して、本実施の形態では濃度値の平均値である他は、第１の実施の形態の合焦状態調整処理のステップＳ１０８以降の処理に各々対応している。
【０１２７】
ステップＳ２０８では、今回の平均値の算出が一回目に当たるのか否か判断し、一回目に当たる場合はステップＳ２１２へ進み、二回目以降に当たる場合は、ステップＳ２１０へ進む。ステップＳ２１０では、前回の平均値≧今回の平均値を満たすか否か判断し、今回の平均値が前回の平均値と同じ、もしくは小さい場合は、ステップＳ２１２へ進み、ステップ２１２では、エキスパンダレンズ６０を移動させた後、ステップＳ２０２に戻り、本処理を繰り返す。
【０１２８】
一方、ステップＳ２１０で今回の濃度値の平均値が前回の濃度値の平均値よりも大きい場合は、ステップＳ２１４へ進み、ステップＳ２１４では、前回のエキスパンダレンズ６０の位置が、合焦状態となる最適位置と判断する。次のステップＳ２１６では、最適位置にエキスパンダレンズ６０を移動させた後、本合焦状態調整処理を終了する。
【０１２９】
このように本実施の形態の画像形成装置１０においても、調整用パターン画像として、画像濃度が３５％〜５５％の範囲内であり、かつ線幅が８０μｍ以上であるラダー画像を用いている。これにより、感光体１２の感度誤差に対してロバストに感光体表面５０に集光される光線の合焦状態を調整することができる
また、本実施の形態では、エキスパンダレンズ６０の位置を移動させ、感光体表面５０のトナー像の濃度、転写ベルト１００に一次転写されたトナー像濃度、及び用紙Ｐに二次転写されたトナー像の濃度のいずれかが最も小さくなった場合に、ビームが合焦状態にあると推定している。本実施の形態では、制御部４８が調整用光量に露光量を切り替えた後、調整用パターン画像の静電潜像を感光体表面５０に形成させる。感光体表面５０に形成された静電潜像が現像装置１８により現像されて、トナー像が形成される。制御部４８は、濃度センサ８１、８３、８５のいずれかから濃度値を取得し、濃度値の平均値を算出し、エキスパンダレンズ６０を移動させる。制御部４８は、調整用パターン画像の形成、濃度値の取得、及びエキスパンダレンズ６０の移動を繰り返して、濃度値の平均値が最も小さくなるエキスパンダレンズ６０の位置を最適値とし、最適値にエキスパンダレンズ６０を移動させる。
【０１３０】
また、本実施の形態では、調整用パターン画像の線幅を測定せずに、濃度センサ８１、８３、８５のいずれかで検知した濃度値に基づいて合焦状態の調整を行う。濃度センサ８１、８３、８５のいずれかは、一般的に画像形成装置に備えられていることが多い。従って、第１の実施の形態と同様に本実施の形態では、簡易な構成で、光走査装置１６により感光体表面５０に集光されたビームの合焦状態を調整することができる。また、第１の実施の形態と同様に本実施の形態の画像形成装置１０では、感光体表面５０にビームの焦点位置が合わせられる（合焦状態）ため、高精細な画像が形成される。
【０１３１】
以上説明したように、上記各実施の形態の画像形成装置１０では、調整用パターン画像として、画像濃度が３５％〜５５％の範囲内であり、かつ線幅が８０μｍ以上であるラダー画像を用いている。これにより、上記各実施の形態の画像形成装置１０では、感光体１２の感度誤差に対してロバストに感光体表面５０に集光される光線の合焦状態を調整することができる。
【０１３２】
また、上記各実施の形態の画像形成装置１０では、簡易な構成で、光走査装置１６により集光されたビームの感光体表面５０における合焦状態を調整することができる。
【０１３３】
なお、上記各実施の形態の合焦状態調整処理では、前回の表面電位の平均値と今回の表面電位の平均値との比較を繰り替えし行い、表面電位の平均値が小さくなるエキスパンダレンズ６０の位置を最適位置と判断しているがこれに限らない。例えば、制御部４８が、エキスパンダレンズ６０を移動させながら表面電位の平均値を取得し、エキスパンダレンズ６０の位置と表面電位とを対応付けて一時的に格納する処理を予め定められた回数、繰り返し行う。そして制御部４８が、その中から表面電位の平均値が最も小さいエキスパンダレンズ６０の位置を最適位置と判断するようにしてもよい。
【０１３４】
なお、上記各実施の形態では、エキスパンダレンズ６０を移動させることにより主走査方向の合焦状態の調整を行う場合について説明したがこれに限らない。例えば、光走査装置１６のコリメータレンズ５２や光源４０、また、その他のレンズやミラー、偏向器４４を動かすことによって合焦状態の調整を行うようにしてもよい。例えば、複走査方向の合焦状態を調整する場合は、シリンダーレンズ６２を移動させるようにしてもよい。また例えば、光走査装置１６全体を動かすことによって合焦状態の調整を行うようにしてもよい。
【０１３５】
また、上記各実施の形態では、主走査方向の合焦状態の調整を行う場合について説明したがこれに限らない。例えば、副走査方向の合焦状態の調整を行ってもよいし、主走査方向及び副走査方向の合焦状態の調整を行ってもよい。
【０１３６】
また、上記各実施の形態では、調整用パターン画像として副走査方向に延びた直線であるラダー画像を用いたがこれに限らない。副走査方向の合焦状態の調整を行う場合は、調整用パターン画像を図３８に示すような主走査方向に延びたラダー（直線）とすることが好ましい。また、主走査方向及び副走査方向の合焦状態の調整を行う場合は、調整用パターン画像を図３９に示すような斜め方向に延びたラダー（直線）とすることが好ましい。
【０１３７】
また、上記各実施の形態では、一箇所の検知領域の表面電位に基づいて合焦状態の調整を行う場合について説明したがこれに限らない。例えば、感光体１２の主走査方向及び副走査方向の複数回測定した表面電位の平均値に基づいて調整を行うようにしてもよい。また検知領域の大きさも、上記各実施の形態に限らず、例えば、感光体表面５０の主走査方向及び副走査方向の少なくとも一方の全領域にわたっていてもよい。検知回数が多いほど、または領域の大きさが大きいほど調整精度は向上するが、調整時間を要するため、数及び個数等は、所望の精度・特性等に応じて定めるようにすればよい。
【０１３８】
また、上記各実施の形態の画像形成装置１０では、本発明を光源４０がＶＣＳＥＬであり、複数の発光点を有する光走査装置１６に適用した場合について説明したがこれに限らない。例えば、単一の発光点を有する光源を備えた光走査装置に本発明を適用してもよい。また、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源に用いたＬＥＤプリントヘッドに本発明を適用してもよい。光走査装置がＬＥＤプリントヘッドの場合においても、光源や、ＬＥＤプリントヘッドに含まれる各種レンズ、及びＬＥＤプリントヘッド全体を動かすことができる。
【０１３９】
また、上記各実施の形態は本発明の一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更可能であることはいうまでもない。本実施の形態で説明した画像形成装置１０、光走査装置１６、及び制御部４８等の構成や動作等は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１４０】
１０  画像形成装置
１２  感光体
１６  光走査装置
４８  制御部
５０  感光体表面
５８、６０  エキスパンダレンズ
６３  ステッピングモータ
６４、６６  ｆθレンズ
８０、８０Ａ、８０Ｂ  表面電位センサ
８１、８３、８５  濃度センサ
８９  角度調節部
１００  転写ベルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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