(57)【要約】【課題】画像形成装置における光学系を簡易にかつ高い信頼性で検査可能とする。【解決手段】画像形成装置は、ＬＤユニット２から発光したビームを、ポリゴンミラー１及びｆθレンズ３の各光学素子によって結像位置４に結像させる。光学系検査装置は、光学素子によって結像したビーム光束を再結像させる再結像手段である検査用レンズ７と、検査用レンズ７を出射したビームを画像として取得する画像取得手段である２次元ＣＣＤカメラ８を有する。そして検査用レンズ７の焦点を光軸方向に移動させることにより、光学素子のいずれかを結像させるとともに、その光学素子の結像面と共役な位置もしくは共役な位置の近傍における共役ビームを形成させる。そして２次元ＣＣＤカメラ８は、検査用レンズ７によって再結像したビーム光束の像と、結像した光学素子の像と、共役ビーム光束の像とを画像として取得する。【選択図】　　　　図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム発光手段と、該ビーム発光手段で発光したビーム光束を所定の位置に結像させ、もしくは該ビーム光束を反射させる機能を有する１または複数の光学素子とを有する画像形成装置に適用する光学系検査装置において、該光学系検査装置は、前記光学素子によって結像したビーム光束を再結像させる再結像手段と、該再結像手段を出射した光束を画像として取得する画像取得手段とを有し、前記再結像手段の焦点を光軸方向に移動させることにより、前記光学素子のいずれかを結像させて結像させるとともに、該光学素子の結像面と共役な位置もしくは共役な位置の近傍における前記ビーム光束の共役ビーム光束を形成させ、前記画像取得手段は、前記再結像手段によって再結像したビーム光束の像と、結像した光学素子の像と、前記共役ビーム光束の像とを画像として取得可能としたことを特徴とする光学系検査装置。
【請求項２】
前記画像取得手段で取得した画像を格納する画像記憶手段を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系検査装置。
【請求項３】
前記画像取得手段で取得した画像または前記画像記憶手段に格納した画像を評価する画像評価手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学系検査装置。
【請求項４】
前記画像取得手段に対する入射光の光軸方向に前記再結像手段を移動する光軸方向移動手段を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の光学系検査装置。
【請求項５】
前記再結像手段は、焦点距離が可変の結像素子を有し、該結像素子によって前記画像取得手段で取得する画像を形成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の光学系検査装置。
【請求項６】
前記再結像手段は、焦点距離の異なる複数の結像素子と、前記画像取得手段で取得する画像を形成する結像素子を該複数の結像素子から選択された結像素子に切り替える切り替え手段とを有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の光学系検査装置。
【請求項７】
前記再結像手段からの入射光の光軸方向に前記画像取得手段を移動する第２の光軸方向移動手段を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１に記載の光学系検査装置。
【請求項８】
前記再結像手段の焦点位置の光軸方向への移動に伴い、該再結像手段を出射したビーム光束が、前記画像取得手段から外れないように前記再結像手段及び前記画像取得手段を回転させる検査光学系回転手段を有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１に記載の光学系検査装置。
【請求項９】
前記再結像手段を出射したビーム光束の光路を分岐する１または２以上のビーム分岐手段を有し、前記画像取得手段は、前記ビーム分岐手段で分岐されたビーム光束をそれぞれ入射させて画像を取得する複数の画像取得部を有することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１に記載の光学系検査装置。
【請求項１０】
前記再結像手段は、ビーム光束の光路上で物点位置を移動可能とする第１の結像手段と、該第１の結像手段を出射したビーム光束を分岐する１または２以上のビーム分岐手段と、該ビーム分岐手段で分岐されたビーム光束を入射し、前記第１の結像手段とにより無限遠補正系をそれぞれ構成する複数の第２の結像手段とを有し、前記画像取得手段は、各前記第２の結像手段を出射したビーム光束をそれぞれ入射させて画像を取得する複数の画像取得部を有することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１に記載の光学系検査装置。
【請求項１１】
前記画像取得手段及び前記再結像手段を光軸と垂直方向に移動する検査光学系移動手段を有することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１に記載の光学系検査装置。
【請求項１２】
前記再結像手段は、ビーム光束の光路上に物点位置を有する複数の第１の結像手段と、各該第１の結像手段を出射したビーム光束の光路を変更するビーム光路変更手段と、該ビーム光路変更手段で光路変更された光束を入射し、前記第１の結像手段と無限遠補正系を構成する第２の結像手段とを有することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１に記載の光学系検査装置。
【請求項１３】
前記再結像手段は、ビーム光束の光路上に物点位置を有する複数の第１の結像手段と、各第１の結像手段と無限遠補正系をそれぞれ構成する複数の第２の結像手段とを有し、前記光学系検査装置は、前記第１の結像手段と前記第２の結像手段との間でビーム光束を分岐するビーム分岐手段と、前記第１の結像手段と前記第２の結像手段との間でビームの光路を変更するビーム光路変更手段とを有し、前記画像取得手段は、前記複数の第２の結像手段から出射した各ビーム光束をそれぞれ入射する複数の画像取得部を備え、該画像取得部と各前記第２の複数の再結像手段との間の光路長が各光路において互いに異なるように配置したことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１に記載の光学系検査装置。
【請求項１４】
ビーム発光手段と、該ビーム発光手段で発光したビーム光束を所定の位置に結像させ、もしくは該ビーム光束を反射させる機能を有する一または複数の光学素子とを有する画像形成装置に適用する光学系検査方法において、該光学系検査方法は、前記光学素子によって結像したビーム光束を再結像させるか、または、該再結像させる手段の焦点を光軸方向に移動させて該光学素子のいずれかを結像させるとともに該光学素子の結像面と共役な位置もしくは共役な位置の近傍における前記ビーム光束の共役ビーム光束を形成させる再結像工程と、該再結像工程によって再結像したビーム光束の像と、結像した光学素子の像と、前記共役ビーム光束の像とを画像として取得する画像取得工程を有することを特徴とする光学系検査方法。
【請求項１５】
前記再結像工程は、ビーム光束を再結像する再結像手段の像点位置を前記画像取得工程で画像取得を行う画像取得手段に固定したまま、該像点位置と共役関係にある物点位置を前記画像形成装置の光路の途中に固定するために前記再結像手段を移動させる再結像手段移動工程を含むことを特徴とする請求項１４に記載の光学系検査方法。
【請求項１６】
前記画像取得工程により取得した画像を処理する画像処理工程を有することを特徴とする請求項１４または１５に記載の光学系検査方法。
【請求項１７】
前記画像取得工程は、前記光学素子の所定の位置を検出して焦点を合わせる合焦点位置検出工程を含むことを特徴とする請求項１４ないし１６のいずれか１に記載の光学系検査方法。
【請求項１８】
前記画像取得工程は、前記光学素子の画像から該光学素子端部の位置を検出する工程と、該光学素子におけるビームの通過位置を検出する工程を含むことを特徴とする請求項１４ないし１７のいずれか１に記載の光学系検査方法。
【請求項１９】
前記画像取得工程は、前記再結像手段の焦点位置を前記光学素子の所定の面に合わせる合焦点工程と、該所定の面に不具合が存在する場合に、該不具合に起因して生じるビームの散乱光を取得する散乱光取得工程を含むことを特徴とする請求項１４ないし１６のいずれか１に記載の光学系検査方法。
【請求項２０】
前記画像取得工程は、前記再結像手段の焦点位置を前記光学素子の所定の面に合わせる合焦点工程と、該光学素子の他方の面に焦点位置が合うまで前記再結像手段を調整する合焦点位置制御工程と、該光学素子の焦点位置に不具合が存在する場合に該不具合に起因して生じるビームの散乱光を取得する散乱光取得工程とを含むことを特徴とする請求項１４ないし１６のいずれか１に記載の光学系検査方法。
【請求項２１】
ビーム発光手段で発光したビーム光束を結像させて画像形成を行う画像形成装置が備える光学素子であって、前記ビーム発光手段で発光したビーム光束を所定の位置に結像させ、もしくは該ビーム光束を反射させる機能を有する光学素子において、該光学素子は、前記画像形成装置の光学系を請求項１ないし１３のいずれか１に記載の光学系検査装置を用いて検査する際に、前記光学系検査装置の前記再結像手段の焦点位置を該光学素子の所定の面に合わせるためのマークを有することを特徴とする光学素子。
【請求項２２】
ビーム発光手段で発光したビームを結像させて画像形成を行う画像形成装置が備える光学素子であって、前記ビーム発光手段で発光したビームを所定の位置に結像させ、もしくは該ビーム光束を反射させる機能を有する光学素子において、該光学素子は、前記画像形成装置の光学系を請求項１ないし１３のいずれか１に記載の光学系検査装置を用いて検査する際に、前記光学系検査装置の前記再結像手段の焦点位置を該光学素子の所定の位置に合わせるためのマークを有することを特徴とする光学素子。
【請求項２３】
請求項２１または２２に記載の光学素子を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に電子写真方式の書込みユニット、感光体等から構成される画像形成部を持つ複写機、プリンター製品等の画像製品において、多面体鏡やレンズ、ミラー等からなる画像形成装置の各場所でのビームの状態を検出し、最終的に感光体面上へ結像されるビームの品質を保証し、保証・検査工程において有用となる光学系検査装置、光学系検査方法、光学素子及び画像形成装置に関し、例えば、複数光源を有するＬＤアレイ、ＬＥＤアレイ等の光源列を用いた画像製品や、光記憶装置等の書き込み・読み出し装置の光学系など複数の光学素子を有し、伝播光を利用する製品のビームの品質を検出・保証する検査工程、検査装置及び、検査等に有効となる光学素子の提供などへの応用が可能な光学系検査装置、光学系検査方法、光学素子及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像製品に搭載される画像形成装置は、ＬＤ（レーザダイオード）等の光源から出射されるビームをコリメータレンズ等で整形し、回転多面体鏡等により走査ビームに変調し、変調された走査ビームをｆθレンズ、シリンドリカルレンズ、またはミラーなどの光学素子に入射させて、所望のビーム径、ビームプロファイルに加工して感光体面上に結像させる。そして感光体面上に結像させたビームの光量分布状態に応じた静電潜像が形成され、次いで画像形成プロセスより画像が作られる。画像形成装置においては所望のビーム径が得られなければ画像解像度の要求仕様を満たすことができず、ビームプロファイルが乱れるとビームの十分な光量が得られない、サイドローブによるドットの太り等のノイズ画像が顕在化する、などの不具合が生じる。
【０００３】
画像形成装置に用いられるｆθレンズ、シリンドリカルレンズあるいはミラー等の光学素子は、通常、主走査方向に長く副走査方向に短い形状を有しており、その光学特性も主副走査方向で対称ではなく、主走査方向全域でビーム径及びビームプロファイルが仕様を満たさなければならないため、主走査方向全域でのビームの品質を検証する必要がある。また、ビームの品質を検証するための項目としては、ビーム径やビームプロファイルのみならず、走査ビームの走査線の曲がりや傾き、及び像面湾曲など多岐に及ぶ。そのような光学系の設計にはある程度の公差が考慮されてはいるが、理想的な光路をたどらなければ所望のビームの品質を得ることは困難である。
【０００４】
例えば、シリンドリカルレンズの中心線や母線などによって定められた所定位置からはずれてビームが通過する光学系や、レンズが傾いて固定された光学系などでは、波面収差が大きくなるという問題が生じたり、途中の光路において、絞られていない状態のビームが光路の小さなずれにより光学素子のエッジ部分に蹴られるか、または光学特性が保証されていない領域を通過するなどの場合には、当然に感光体面上におけるビームの品質は仕様を満たすことが不可能となる。
【０００５】
一方で、画像製品の高品位化、高解像度化によりドットが微小化している現在では、画像製品のドット数が多く、レンズやミラーの表面等の傷による不良画像が発生した場合、どの光学素子の走査方向のどの位置に欠陥が存在するか等の認定は目視では困難である。
【０００６】
上記のごとくの問題に対し、走査光学系のビームを検証する方法として、（１）回転多面鏡を固定させた状態で、静止ビームを対象に、ビームをスリットでスキャンしてスリットを通過した光量を時系列に検出することで光量分布を測定する方法、（２）同じく回転多面鏡を固定させた状態で、静止ビームを対象に、２次元エリアセンサに結像させてビームプロファイルを２次元的に検出する方法、（３）回転多面鏡を回転させた状態で、走査ビームを対象に、光源を常時点灯状態にして走査させてスリットを横切らせ、上記（１）の方法のようにスリットを通過した光量を時系列で検出することで光量分布状態を検出する方法、（４）回転多面鏡を回転させた状態で、光源を点滅状態にし、走査ビームを対象に、走査周期と同期を取りながら、走査点滅ビームの光量分布状態を２次元エリアセンサで検出する方法等が主に用いられる。またこのほかにラインセンサを用いたものや、スリットに角度を持たせて、主副走査方向のビーム径に対応させるようにした方法などがある。
【０００７】
上記（１）、（３）によるスリットスキャン方式では、スリットを通過するビームの光量はスリットで切断されたスリット方向の積算光量であるため、ガウシアンビームなどの理想形状をしているのであれば、ビーム径は適切に検出可能であるが、実際には回折やビームの旋回などで理想形状をなすビームの取得は困難であり、適さないと言える。また、スリットで切断する光量を検出するため、ヘッド部分と光学素子との干渉など書込みユニット内部のビームの状態までを検出することは困難である。
【０００８】
光学系のビームを検証するための装置としては、検査光学系を光軸方向に移動する機構や、主走査方向／副走査方向に移動する機構を設けて、画像形成装置の感光体面上に結像したビームのデフォーカス量を検出する構成や、主走査方向全域での検出に対応した構成、副走査方向のビーム位置に追従する構成を備えたものが一般的である。
【０００９】
例えば、特開２００２−５１１９３号公報には、走査ビームの焦点深度方向のビーム径を取得する装置であって、感光体として想定される回転ドラム表面に複数の開口を設け、その開口において深度方向に異なる光路長となるように固定された複数のスリットでビームを切断することで、焦点深度を振ってビーム径を検出するビーム径測定装置が開示されている。
【００１０】
しかし、スリットでビームを切断する方法を採用している上記公報のものは、スリットを（回転ドラムを）固定して、光源が常時点灯時の走査ビームの光量を測定するか、もしくは回転ドラムを動作させて、静止ビームのビーム径を測定する方法のみに限定されてしまう。通常、約１０００ｍ／秒で走査している走査ビームに同期させて回転ドラムを動作させたり、微小時間で点滅するビームが点灯している瞬間にそのビームをスリットで切断するというのは困難だからである。また、スリットでビームを切断する方法を採用しているため、感光体面付近のビームの状態のみの検出となり、画像形成装置内部を伝播するビームの状態までも検出することは不可能である。
【００１１】
一方、特開平８−２６２３５０号公報には、ビーム検出部とビーム検出部移動機構とからなり、走査光学系のビームを走査させた状態で検出する装置であって、スリットからなるビーム検出手段によりビーム位置を検出し、２次元センサからなるビーム検出部の視野内にビームを追いこむようビーム検出部移動機構を動作させるもので、ビーム検出部移動機構によりピント位置調整を実施するようにした走査光学系調整装置及び走査光学系調整方法が開示されている。
【００１２】
上記公報においては、走査光学系が備えているビーム検出部移動機構でビーム検出部を光軸方向に移動させて、感光体面上として想定されるピント調整基準位置にそのビーム検出部を固定する。そしてピント調整基準位置のビームプロファイルを検出するが、当該位置でのビームプロファイルに不具合が生じていても走査光学系のどこに原因があるかまでは検出することができない。
【００１３】
画像形成装置の光学素子個別の性能評価は、ビームの形状測定や光学特性評価によって実施可能であるが、画像形成装置全体として、ビームの光路を把握し、各光学素子のビーム通過位置を検出する必要がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明においては、感光体面上を想定した画像形成装置の結像位置におけるビーム状態を検出し、同時に画像形成装置内部での光路上の特定の位置におけるビームの通過位置や、散乱等の特性を検出することを可能とし、当該画像形成装置の結像面でビームプロファイルに不具合がある場合、画像形成装置内部のどの位置で不具合が生じているかを検出・特定することで光学素子の固定状態を調整したり、特定した光学素子を取り替えるといった対策を可能とする光学系検査装置ならびに光学系検査方法を提供することを可能とし、ひいては、当該画像形成装置の結像面でのビームプロファイルを高品質化することができ、画像製品の最終出力である画像の状態を向上させることを目的とする。
【００１５】
すなわち、本発明の目的は、画像製品の書込みユニット等の画像形成装置に適用する検査装置であって、画像形成装置を構成する結像手段、反射手段等の光学素子を経て結像するビームのプロファイル、または光路中のビームのプロファイル、光学手段を構成する光学素子等の画像を画像取得手段に再結像または再形成して、画像を取得し、または、画像を記憶し、または、画像を評価する光学系検査装置を提供することにある。
【００１６】
ここでビームの画像を取得する際、画像形成装置の結像手段により結像されているビームを画像として取得する場合を「再結像」、結像する前後の光路中のビームを画像として取得する場合を「形成」として使い分けている。しかし、両者ともに、ビームの画像を取得するという手順としては同一である。
【００１７】
さらに本発明の目的は、画像製品の書込みユニット等の画像形成装置に適用する検査装置であって、再結像手段の物点位置を可変・制御し、画像形成装置内部の光路中の所定の位置のビームを画像取得手段に再結像・再形成し、ビームに不具合が生じている場合、画像形成装置のどの位置で不具合が生じているかを特定することを可能とする光学系検査装置を提供することにある。
【００１８】
さらに本発明の目的は、画像製品の書込みユニット等の画像形成装置に適用する検査装置であって、主走査方向に長い構造を成す画像形成装置において、画像取得手段及び再結像手段よりなる検査光学系を移動して、または、複数位置で同時に、あるいは、主走査方向及び光軸方向の複数位置で同時にビームを取得し、光学系を検査することを可能とする光学系検査装置を提供することにある。
【００１９】
さらに本発明の目的は、画像製品の書込みユニット等の画像形成装置に適用する検査方法であって、画像形成装置内部の光路中のビーム画像と光学素子の画像を取得し、ビームの通過位置を検出することを可能とする光学系検査方法を提供することにある。
【００２０】
さらに本発明の目的は、画像製品の書込みユニット等の画像形成装置に適用する検査方法であって、画像形成装置を構成する光学素子の所定の面、所定の位置におけるビームの散乱状態を検出し、光学素子の欠陥を検出することを可能とする光学系検査方法を提供することにある。
【００２１】
さらに本発明の目的は、画像製品の書込みユニット等の画像形成装置及び画像形成装置を構成する光学素子であって、画像取得手段により取得される画像より光学素子内部の光路中の検出位置を特定可能とし、検査の精度、品質を向上することを可能とする光学素子を提供することにある。
【００２２】
さらに本発明の目的は、上記光学素子を備えた画像形成装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ビーム発光手段と、該ビーム発光手段で発光したビーム光束を所定の位置に結像させ、もしくは該ビーム光束を反射させる機能を有する１または複数の光学素子とを有する画像形成装置に適用する光学系検査装置において、該光学系検査装置は、前記光学素子によって結像したビーム光束を再結像させる再結像手段と、該再結像手段を出射した光束を画像として取得する画像取得手段とを有し、前記再結像手段の焦点を光軸方向に移動させることにより、前記光学素子のいずれかを結像させて結像させるとともに、該光学素子の結像面と共役な位置もしくは共役な位置の近傍における前記ビーム光束の共役ビーム光束を形成させ、前記画像取得手段は、前記再結像手段によって再結像したビーム光束の像と、結像した光学素子の像と、前記共役ビーム光束の像とを画像として取得可能としたことを特徴としたものである。
【００２４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記画像取得手段で取得した画像を格納する画像記憶手段を有することを特徴としたものである。
【００２５】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記画像取得手段で取得した画像または前記画像記憶手段に格納した画像を評価する画像評価手段を有することを特徴としたものである。
【００２６】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか１の発明において、前記画像取得手段に対する入射光の光軸方向に前記再結像手段を移動する光軸方向移動手段を有することを特徴としたものである。
【００２７】
請求項５の発明は、請求項１ないし３のいずれか１の発明において、前記再結像手段は、焦点距離が可変の結像素子を有し、該結像素子によって前記画像取得手段で取得する画像を形成することを特徴としたものである。
【００２８】
請求項６の発明は、請求項１ないし３のいずれか１の発明において、前記再結像手段は、焦点距離の異なる複数の結像素子と、前記画像取得手段で取得する画像を形成する結像素子を該複数の結像素子から選択された結像素子に切り替える切り替え手段とを有することを特徴としたものである。
【００２９】
請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれか１の発明において、前記再結像手段からの入射光の光軸方向に前記画像取得手段を移動する第２の光軸方向移動手段を有することを特徴としたものである。
【００３０】
請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれか１の発明において、前記再結像手段の焦点位置の光軸方向への移動に伴い、該再結像手段を出射したビーム光束が、前記画像取得手段から外れないように前記再結像手段及び前記画像取得手段を回転させる検査光学系回転手段を有することを特徴としたものである。
【００３１】
請求項９の発明は、請求項１ないし８のいずれか１の発明において、前記再結像手段を出射したビーム光束の光路を分岐する１または２以上のビーム分岐手段を有し、前記画像取得手段は、前記ビーム分岐手段で分岐されたビーム光束をそれぞれ入射させて画像を取得する複数の画像取得部を有することを特徴としたものである。
【００３２】
請求項１０の発明は、請求項１ないし８のいずれか１の発明において、前記再結像手段は、ビーム光束の光路上で物点位置を移動可能とする第１の結像手段と、該第１の結像手段を出射したビーム光束を分岐する１または２以上のビーム分岐手段と、該ビーム分岐手段で分岐されたビーム光束を入射し、前記第１の結像手段とにより無限遠補正系をそれぞれ構成する複数の第２の結像手段とを有し、前記画像取得手段は、各前記第２の結像手段を出射したビーム光束をそれぞれ入射させて画像を取得する複数の画像取得部を有することを特徴としたものである。
【００３３】
請求項１１の発明は、請求項１ないし１０のいずれか１の発明において、前記画像取得手段及び前記再結像手段を光軸と垂直方向に移動する検査光学系移動手段を有することを特徴としたものである。
【００３４】
請求項１２の発明は、請求項１ないし１１のいずれか１の発明において、前記再結像手段は、ビーム光束の光路上に物点位置を有する複数の第１の結像手段と、各該第１の結像手段を出射したビーム光束の光路を変更するビーム光路変更手段と、該ビーム光路変更手段で光路変更された光束を入射し、前記第１の結像手段と無限遠補正系を構成する第２の結像手段とを有することを特徴としたものである。
【００３５】
請求項１３の発明は、請求項１ないし１１のいずれか１の発明において、前記再結像手段は、ビーム光束の光路上に物点位置を有する複数の第１の結像手段と、各第１の結像手段と無限遠補正系をそれぞれ構成する複数の第２の結像手段とを有し、前記光学系検査装置は、前記第１の結像手段と前記第２の結像手段との間でビーム光束を分岐するビーム分岐手段と、前記第１の結像手段と前記第２の結像手段との間でビームの光路を変更するビーム光路変更手段とを有し、前記画像取得手段は、前記複数の第２の結像手段から出射した各ビーム光束をそれぞれ入射する複数の画像取得部を備え、該画像取得部と各前記第２の複数の再結像手段との間の光路長が各光路において互いに異なるように配置したことを特徴としたものである。
【００３６】
請求項１４の発明は、ビーム発光手段と、該ビーム発光手段で発光したビーム光束を所定の位置に結像させ、もしくは該ビーム光束を反射させる機能を有する一または複数の光学素子とを有する画像形成装置に適用する光学系検査方法において、該光学系検査方法は、前記光学素子によって結像したビーム光束を再結像させるか、または、該再結像させる手段の焦点を光軸方向に移動させて該光学素子のいずれかを結像させるとともに該光学素子の結像面と共役な位置もしくは共役な位置の近傍における前記ビーム光束の共役ビーム光束を形成させる再結像工程と、該再結像工程によって再結像したビーム光束の像と、結像した光学素子の像と、前記共役ビーム光束の像とを画像として取得する画像取得工程を有することを特徴としたものである。
【００３７】
請求項１５の発明は、請求項１４の発明において、前記再結像工程は、ビーム光束を再結像する再結像手段の像点位置を前記画像取得工程で画像取得を行う画像取得手段に固定したまま、該像点位置と共役関係にある物点位置を前記画像形成装置の光路の途中に固定するために前記再結像手段を移動させる再結像手段移動工程を含むことを特徴としたものである。
【００３８】
請求項１６の発明は、請求項１４または１５の発明において、前記画像取得工程により取得した画像を処理する画像処理工程を有することを特徴としたものである。
【００３９】
請求項１７の発明は、請求項１４ないし１６のいずれか１の発明において、前記画像取得工程は、前記光学素子の所定の位置を検出して焦点を合わせる合焦点位置検出工程を含むことを特徴としたものである。
【００４０】
請求項１８の発明は、請求項１４ないし１７のいずれか１の発明において、前記画像取得工程は、前記光学素子の画像から該光学素子端部の位置を検出する工程と、該光学素子におけるビームの通過位置を検出する工程を含むことを特徴としたものである。
【００４１】
請求項１９の発明は、請求項１４ないし１６のいずれか１の発明において、前記画像取得工程は、前記再結像手段の焦点位置を前記光学素子の所定の面に合わせる合焦点工程と、該所定の面に不具合が存在する場合に、該不具合に起因して生じるビームの散乱光を取得する散乱光取得工程を含むことを特徴としたものである。
【００４２】
請求項２０の発明は、請求項１４ないし１６のいずれか１の発明において、前記画像取得工程は、前記再結像手段の焦点位置を前記光学素子の所定の面に合わせる合焦点工程と、該光学素子の他方の面に焦点位置が合うまで前記再結像手段を調整する合焦点位置制御工程と、該光学素子の焦点位置に不具合が存在する場合に該不具合に起因して生じるビームの散乱光を取得する散乱光取得工程とを含むことを特徴としたものである。
【００４３】
請求項２１の発明は、ビーム発光手段で発光したビーム光束を結像させて画像形成を行う画像形成装置が備える光学素子であって、前記ビーム発光手段で発光したビーム光束を所定の位置に結像させ、もしくは該ビーム光束を反射させる機能を有する光学素子において、該光学素子は、前記画像形成装置の光学系を上述の光学系検査装置を用いて検査する際に、前記光学系検査装置の前記再結像手段の焦点位置を該光学素子の所定の面に合わせるためのマークを有することを特徴としたものである。
【００４４】
請求項２２の発明は、ビーム発光手段で発光したビームを結像させて画像形成を行う画像形成装置が備える光学素子であって、前記ビーム発光手段で発光したビームを所定の位置に結像させ、もしくは該ビーム光束を反射させる機能を有する光学素子において、該光学素子は、前記画像形成装置の光学系を上述の光学系検査装置を用いて検査する際に、前記光学系検査装置の前記再結像手段の焦点位置を該光学素子の所定の位置に合わせるためのマークを有することを特徴としたものである。
【００４５】
請求項２３の発明は、上記の光学素子を備えることを特徴とする画像形成装置である。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付された図面を参照して具体的に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同様の機能を有する部分には同じ符号を付けその繰り返しの説明は省略する。
【００４７】
図１は、本発明に係わる光学系検査装置を適用する画像形成装置に備えられた光学素子の構成例について説明するための図で、図中、１はポリゴンミラー、２はビーム発光手段であるＬＤ（レーザダイオード）ユニット、３ａはｆθレンズ、４は結像位置である。画像形成装置は、ＬＤユニット２から出射したビームが、回転するポリゴンミラー１で反射してｆθレンズ３を透過し、製品の感光体位置として想定される結像位置４に結像することにより画像形成を行う。画像形成装置内の光学素子による光学系は、結像位置４で所望のビーム径及びビーム光量等が得られるように設計・設置されている。ビーム径の定義としては、通常、ビームの最明値の１／ｅ２、１／ｅ、もしくは１／２など所定の割合の明るさで閾値を設定し、その閾値以上の光量分布領域を検出し、検出した領域の縦横幅をビームのそれぞれ主走査方向及び副走査方向のビーム径として定義する方法が取られている。また光学素子は、画像形成装置においてビームの反射もしくは結像を行うために設けられた各素子を指し、ここではポリゴンミラー１とｆθレンズ３が該当する。
【００４８】
図２ないし図５は、ｆθレンズにおけるビームの通過位置と各通過位置に従うビームプロファイルの例を説明するための図である。図２において、ｆθレンズ３ａの中心線６上である第１のビーム位置５ａをビームが通る場合、図３に示すような断面光量を有するビームプロファイルが得られる。図３の断面光量からも分かる通り、ｆθレンズ３ａの中心線上を通ったビームは、サイドローブが小さいまま結像させることが可能となる。
【００４９】
しかし、図２において、ｆθレンズ３ａの中心点６から公差などの所定量以上外れた第２のビーム位置５ｂをビームが通過すると、ｆθレンズ３ａの仕様を保証することができず、収差等の影響により図４に示すようにサイドローブの光量が無視できなくなる場合がある。さらには、図２の第３のビーム位置５ｃに示すように通過ビームがｆθレンズ３ａから蹴られると、図５に示すようにビームの形状を維持できなくなる。また、光路のずれにより、結像位置のずれが生じる。
【００５０】
そこで、結像位置４においてビームの位置ずれや高光量のサイドローブの出現、もしくはビーム形状の欠陥等の不具合が検出された場合、光路中のどの位置で不具合が生じているかが特定できれば、画像形成装置の光学素子の調整もしくは交換を実施することが可能となる。
【００５１】
図６は、本発明の光学系検査装置の一実施形態を説明するための図で、図中、７は画像形成装置の光学素子によって結像したビーム光束を再結像させる再結像手段として機能する検査用レンズで、８は再結像手段を出射した光束を画像として取得する画像取得手段として機能する２次元ＣＣＤカメラである。画像形成装置は、図１で説明したごとくに、光学素子におけるＬＤユニット２から出射したビームを回転するポリゴンミラー１で反射させてｆθレンズ３ａを透過させ、製品の感光体位置として想定される結像位置４に結像させる。光学系検査装置は、感光体と想定する結像位置４に物点位置を固定した検査用レンズ７と２次元ＣＣＤカメラ８とを有し、画像形成装置から出射したビームを検査用レンズ７に入射させ、結像位置４に共役な像点位置１０で結像したビームの再結像像を、２次元ＣＣＤカメラ８で画像として取得する。そして検査用レンズ７を７’の位置に移動させる。像点位置１０を２次元ＣＣＤカメラ８の受光面に固定させるものとすると、検査用レンズ７の移動前の物点位置９ａと像点位置１０、及び移動後の物点位置９ｂと像点位置１０は、検査用レンズ７の固有の焦点距離で一意に決まり、検査用レンズ７の移動に応じて２次元ＣＣＤカメラ８に形成されるビームの画像は画像形成装置側に移動していく。
【００５２】
図７は、上記のごとくの光学系検査装置の検査用レンズの移動による再結像画像の取得機能について説明するための模式図である。ここで画像形成装置の結像系光学素子は、第１レンズ３ｂ及び第２レンズ３ｃにより構成されている。まず図７（Ａ）に示すように、ＬＤユニット２より出射したビームは、第１レンズ３ｂを通過し、ビーム１１ａとして伝播し、さらに第２レンズ３ｃを通過する。第２レンズ３ｃを通過したビーム１１ｂ，１１ｃは、感光体面上である結像位置４に結像する。結像位置４が物点位置９ａとなり、２次元ＣＣＤカメラ８が像点位置１０となるように設定された検査用レンズ７により、結像位置４で結像されたビームは、２次元ＣＣＤカメラ８の受光面で再結像される。
【００５３】
次に図７（Ｂ）に示すように、検査用レンズ７を７’の位置まで移動させた場合、像点位置１０を２次元ＣＣＤカメラ８の受光面のままとすると、検査用レンズ７の固有の焦点距離により、物点位置９ａは第２レンズ３ｃ側へ移動し、光路中の物点位置９ｂにおけるビーム画像を２次元ＣＣＤカメラ８で再形成することが可能となる。
【００５４】
図８は、光学系検査装置の検査用レンズを移動させたときの作用について説明するための図である。図８においては、例えば、図７に示す検査用レンズ７及び２次元ＣＣＤカメラ８を用いて光学系におけるレンズ等任意の光学素子３の画像を２次元ＣＣＤカメラ８で取得する構成を考える。図７に示すように、検査用レンズ７を７’の位置に移動したときに、検査用レンズ７の焦点距離が一定であれば、移動することによって倍率は低下する。倍率が低下することにより、図８に示すように、光学素子３とビーム１１ｄの画像を、２次元ＣＣＤカメラ８においてレンズの画像１２及びビームの再形成画像１３として取得することができる。
【００５５】
光学素子３とその光学素子３におけるビーム１１ｄの通過位置は、２次元ＣＣＤカメラ８で取得したレンズの画像１２とビームの再形成画像１３の位置より検出できる。これら光学素子３とビーム１１ｄの関係に関し、例えば、光学素子の中心とビーム１１ｄの中心との垂直方向の距離１４が予め定めた公差以上の場合は、光学系が不良であると判定し、光学素子３の位置調整や交換等を実施する。
【００５６】
また上記のごとくの光路中の倍率低下により、ビーム形状を高精度に検出することが不可能となることも想定されるが、ビーム形状に関しては、感光体面上で仕様が満たされているか否かの判定で十分であり、感光体面上のビーム形状に不具合が検出された場合、不具合発生箇所を特定して原因究明を行い、例えば不具合箇所のみの処置を行う等、時間的かつコスト的に優位に対応可能となる。
【００５７】
また、図１において、本発明の光学系検査装置は、ポリゴンミラー１が回転している状態のみならず、静止している状態であっても適用可能である。そのため、光学系検査装置は、走査系の光学系に加え、ＬＥＤなどの光源をアレイ状に並べてレンズアレイとともに構成される画像形成装置などにも対応可能となっている。
【００５８】
図９は、本発明の光学系検査装置の他の実施形態を模式的に示す図である。本実施形態の光学系検査装置は、図６に示す構成においてハードディスク等の画像記憶手段に取得画像データを格納できるようにしたものである。例えば、図９に示すように、検査用レンズ７を７’の位置まで移動し、物点位置９ａを物点位置９ｂに移動したとき、像点位置１０に一致する２次元ＣＣＤカメラ８において、再結像または再形成されるビームの画像及び結像されるｆθレンズ３ａあるいは他の特定の光学素子の画像を取得し、コンピュータ１５のハードディスクに格納する。さらに格納した画像は、他の画像評価手段で評価することができる。例えば、パーソナルコンピュータ１５に画像評価用プロセッサを内蔵し、画像取得とその画像評価を並行して実施する。
【００５９】
図１０は、本発明の光学系検査装置の更に他の実施形態を模式的に示す図である。本実施形態の光学系検査装置は、図９構成に加えて、検査用レンズ７を光軸方向に７’の位置まで移動させる光軸方向移動手段として機能する移動ステージ１６を備える。移動ステージ１６を用いて、検査用レンズ７を移動させることにより、像点位置１０を２次元ＣＣＤカメラ８の受光面に固定したまま、物点位置９ａを物点位置９ｂに移動させる。検査用レンズ固有の焦点距離をｆとし、物点距離、像点距離をそれぞれａ、ｂとすると、検査用レンズ７の移動により、
１／ｆ＝１／ａ＋１／ｂ
の関係を満たす物点位置の像が２次元ＣＣＤカメラ８で取得できる。
【００６０】
光学系の設計値等から光路上のどの位置のビームを検出するか決定することにより検査用レンズ７の移動距離が定められる。もしくは検査用レンズ７を連続的に移動していき、逐次得られる画像から検出するための画像を選別する。
【００６１】
図１１は、本発明の光学系検査装置の更に他の実施形態を模式的に示す図である。本実施形態は、図６に示すごとくの構成において、検査用レンズ７として焦点距離が可変の結像素子である可変焦点レンズを用いることによって再結像ビーム画像及びレンズ画像を取得するようにしたものである。すなわち本実施形態では、画像形成装置から出射されるビームをその光路中の複数箇所で検出しようとする際に、検査用レンズ７を可変焦点レンズとすることにより、上述の図６のように検査用レンズ７の位置を光軸方向に移動することなく、像点位置１０を２次元ＣＣＤカメラ８の受光面に固定したまま、物点位置９ａを物点位置９ｂに移動させて調整することができる。
【００６２】
図１２は、本発明の光学系検査装置の更に他の実施形態を模式的に示す図である。本実施形態は、図６に示すごとくの構成において、検査用レンズ７として、焦点距離の異なる複数の結像素子を切替手段によって切り替えて使い分けることによって再結像ビーム画像及びレンズ画像を取得するようにしたものである。すなわち本実施形態では、上記複数の結像素子として焦点距離の異なるレンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを用い、上記切替手段としてアクチュエータ（レンズホルダ回転装置）１８を用いて、これらレンズ７ａ〜７ｄをアクチュエータ１８により回転可能なレンズ固定冶具（レンズホルダ）１７に設置する。この固定治具１７を回転させて各レンズ７ａ〜７ｄのいずれかを使いわけることにより、物点位置９の位置を可変設定可能とする。こうしてレンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの焦点距離に応じた画像形成装置内部の光路位置のビームを２次元ＣＣＤカメラ８の受光面に結像させることができる。
【００６３】
図１３は、本発明の光学系検査装置の更に他の実施形態を模式的に示す図である。本実施形態は、図６に示すごとくの構成において、第１の光軸方向移動手段であるレンズ移動ステージ１６と、第２の光軸方向移動手段であるカメラ移動ステージ１９とを更に設けたものである。本実施形態においては、検査用レンズ７の移動による物点位置及び像点位置の移動のみで対応できないような光路位置のビーム検出を行う場合に、２次元ＣＣＤカメラ８を移動可能とすることにより、２次元ＣＣＤカメラ８の受光面に像点位置を合わせることができるようにしたものである。検査用レンズ７を７‘に移動させて物点位置９ａを物点位置９ｂに合わせようとするとき、像点位置１０ａを像点位置１０ｂに移動させる必要がある場合、２次元ＣＣＤカメラ８が固定式であるとその受光面にビームを結像することができない。このような場合に対応できるようにするために、カメラ移動ステージ１９により位置８’まで２次元ＣＣＤカメラ８を移動させる。これにより、２次元ＣＣＤカメラ８によって物点位置９ｂにおける再結像ビーム画像及びレンズ画像を取得することができる。
【００６４】
図１４は、本発明の光学系検査装置の更に他の実施形態を模式的に示す図である。本実施形態は、図６に示すごとくの構成において、検査用レンズ７を移動させるレンズ移動ステージ１６と、そのレンズ移動ステージ１６、検査用レンズ７及び２次元ＣＣＤカメラ８を回転させる検査光学系回転手段である回転ステージ２１とを備えたものである。回転ステージ２１は、例えば、感光体面上として想定される位置２０を回転中心として回転するように設定される。
【００６５】
回転ステージ２１を有しない構成の場合、被検査対象のビームが検査光学系に斜めに入射する場合、検査用レンズ７の移動に伴ってビームがＣＣＤカメラ８の視野から外れるおそれがある。これに対して本実施形態では、ビームが検査光学系に斜めに入射するような場合であっても回転ステージ２１を回転させることでＣＣＤカメラ８の視野内にビームを確保することが可能となる。回転ステージ２１を回転させることにより、画像のサイズが変化するが、画像形成装置の光学素子の画像サイズも同時に変化するため、ビームと光学素子の画像の相対位置を不変として画像を取得することが可能である。
【００６６】
図１５は、本発明の光学系検査装置の更に他の実施形態を模式的に示す図である。本実施形態は、ビーム光束を分岐するビーム分岐手段としてビームスプリッタ２２を設けるとともに、分岐されたビーム光束をそれぞれ入射させる画像取得部として、２つの２次元ＣＣＤカメラ８ａ，８ｂを備えるものである。すなわち、検査用レンズ７によって２次元ＣＣＤカメラ８ａに像点を結ぶとき、画像形成装置内部の光路中のビームを検出するときの像点位置１０ｂが、感光体面上である結像位置４のビームを検出する像点位置１０ａよりも遠い位置に取ることができる場合に、検査用レンズ７と第１の２次元ＣＣＤカメラ８ａとの間の光路中にビームスプリッタ２２とミラー２３とを挿入して第２の２次元ＣＣＤカメラ８ｂを設置し、ビームを分離して各２次元ＣＣＤカメラ８ａ，８ｂに同時に入射せしめる。こうして、感光体面上のビームと画像形成装置内部のビームとを各２次元ＣＣＤカメラ８ａ，８ｂにて同時に検出することができる。
【００６７】
図１６は、本発明の光学系検査装置の更に他の実施形態を模式的に示す図である。本実施形態は、物点位置を移動可能な第一の結像手段として検査用レンズ７を備え、さらに検査用レンズ７と無限遠補正型の構成を有する結像レンズ２４ａ，２４ｂが備えられている。これら検査用レンズ７と結像レンズ２４ａ，２４ｂとの間の光路長は比較的長く取ることが可能であるため、ビームスプリッタ２２とミラー２３とを光路上に挿入することで、光路を分岐することができ、感光体面上のビームと画像形成装置内のビームとを各２次元ＣＣＤカメラ８ａ，８ｂによる複数の画像取得部にて検出することが可能となる。
【００６８】
また、図１６の構成において、検査用レンズ７の本来の物点位置を物点位置９ａとした場合、画像形成装置内のビームを検出するために物点位置９ｂとすると、検査用レンズ７と結像レンズ２４ａとの間の光線２５ａは平行光にはならない。そのため、厳密には、ビームスプリッタ２２及びミラー２３の影響を受ける光線２５ｂには、平行光をなす本来の結像関係を有する光路を選択するのが望ましく、これにより有限系の光学系を適用するよりも格段にレイアウトの柔軟性が向上する。
【００６９】
図１７は、本発明の光学系検査装置の更に他の実施形態を模式的に示す図である。本実施形態は、検査用レンズ７及び２次元ＣＣＤカメラ８等から構成される検査光学系を画像形成装置の主走査方向に移動する検査光学系移動手段として主走査方向移動ステージ２６を有する。また、検査用レンズ７を光軸方向に移動させるレンズ移動ステージ１６が主走査方向移動ステージ２６上に載置されている。
【００７０】
主走査方向移動ステージ２６によって検査光学系を主走査方向に移動しながら、感光体面上として想定される画像形成装置の結像位置４のビーム径及びビーム光量等のパラメータを連続的に検出する。ビームに不具合等が検出された主走査位置で、検査用レンズ７を光軸方向に移動させることにより、検査用レンズ７の物点位置を移動させて、ビームの光路中の不具合が発生している箇所を特定することが可能となる。
【００７１】
図１８は、本発明の光学系検査装置の更に他の実施形態を模式的に示す図である。本実施形態は、画像形成装置の複数の像高位置に第１の結像手段として複数の検査用レンズ７ｅ，７ｆ，７ｇを配置し、ビーム光路変更手段としてミラー２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄを設け、さらに第２の結像手段として上記検査用レンズ７ｅ，７ｆ，７ｇと無限遠補正型の構成をなす結像レンズ２４を設け、この結像レンズ２４介して、２次元ＣＣＤカメラ８にビームを結像する。このような構成により、複数の像高でのビームを同時に検出することが可能となる。なお、ミラー２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄを介さなくても、２次元ＣＣＤカメラ８の受光面にビームを集光することが可能であれば、これらミラーは必要ない。
【００７２】
また、各検査用レンズ７ｅ，７ｆ，７ｇの像点位置１０ｃ，１０ｄ，１０ｅを２次元ＣＣＤカメラ８の受光面とし、結像レンズ２４と２次元ＣＣＤカメラ８との距離を調節することにより、検査用レンズ７ｅ，７ｆ，７ｇの物点位置を画像形成装置内に移動することが可能で、複数の像高で、各像高ごとに光路中の複数位置でのビームを各々検出することが可能となる。
【００７３】
図１９は、図１８に示す実施形態におけるビームの検出例を示す図である。感光体面上である結像位置４における３つの像高のビームが、図１９に示すように検出された場合は、中央のビームに不具合が生じていることがわかる。ここでレンズ７ｅ，７ｆ，７ｇの物点位置を画像形成装置内部に移動していくと、ビームに異常が生じた光学素子及びその光路中の異常発生位置を検出することができる。
【００７４】
本実施形態のごとく複数の位置でビームを検出するメリットは、検査・計測のスピードアップのみならず、検出ビームの比較による異常検出精度を向上させることにある。すなわち、ビームの再結像像または再形成像は、通常の風景などの具体的な物体を撮像した画像と異なり、ビーム形状の良否を判断するのが困難な場合がある。これに対して本実施形態では、複数のビームを相対的に比較することで、相違点を容易に顕在化させることができる。
【００７５】
更に、物点の移動の途中においても、光学素子との相対位置がビームによって異なる場合は、画像形成装置の光学素子に対して走査方向が設計値と異なる角度を持っていることを検出することができる。ここで「像高」の高さ方向は、主走査方向に相当する。
【００７６】
図２０は、本発明の光学系検査装置の更に他の実施形態を模式的に示す図である。本実施形態は、感光体への書きこみユニットとして構成された画像形成装置の複数像高位置に設置した検査用レンズ（第１の結像手段）７ｅ、７ｆ、７ｇとこれら検査用レンズと無限遠補正型を構成する複数の結像レンズ（第２の結像手段）２４ｃ，２４ｄを有し、それぞれの検査用レンズ７ｅ、７ｆ、７ｇを通過した光ビームを２次元ＣＣＤカメラ８ａ，８ｂに結像させる。書きこみユニット（画像形成装置）の感光体面（結像位置４）上に物点位置を固定した時のビームを、ビームスプリッタ２２，ミラー２３ｉ及び結像レンズ２４ｄを介して第２の２次元ＣＣＤカメラ８ｂで検出し（像点１０ｉ，１０ｊ，１０ｋ）、画像形成装置内部のビームを結像レンズ２４ｃを介して第１の２次元ＣＣＤカメラ８ａで検出する（像点１０ｆ，１０ｇ，１０ｈ）。このときに２次元ＣＣＤカメラ８ａ、８ｂと結像レンズ２４ｃ、２４ｄとの間の光路長を互いに異なるようにする。これにより、複数の像高位置でビーム検出が可能となるとともに、各々の光路中の複数箇所のビームを検出することができる。
【００７７】
次いで本発明の光学系検査方法の実施の形態について説明する。画像形成装置の内部を伝播するビームまたは画像生成装置の外部に出射するビームは、特定の位置では波動論的に点光源の集まりであると考え、上記各実施形態の光学系検査装置により、２次元ＣＣＤカメラの受光面にビームの空間像として再結像させ、その像を観測することが可能となる。
【００７８】
しかし、２次元ＣＣＤカメラでは、その受光面と共役な物点位置の前後の像も、焦点がぼけて重なった画像として観測される。そのため、ビームのみの画像を２次元ＣＣＤカメラで取得する場合、ビームに何も不具合が生じていないならば、微小距離だけ光軸方向に前後したビームに差異は観測されない。
【００７９】
しかし、ビームの位置を指標となる別のものと比較することで、ビームの光路のずれに起因する不具合の検出が可能となる。また、画像形成装置の光学素子の傷や異物等によるビームの変形等の不具合は、画像形成装置の光学素子の不具合発生箇所に検査光学系の焦点を合わせることにより、そのときのビームが受けた影響を２次光源の観測と同様な原理で検出可能となる。
【００８０】
画像形成装置の光学系は、光源を出射したビームが伝播してくるため、光学上、画像形成装置の結像位置から逆の光路で光を伝播させることが可能である。これは、画像形成装置の光学系において、その結像位置から逆に視線（視点、物点位置）をたどれば、光路中のビームを観測すると同時に、位置の比較対象である画像形成装置の光学素子を同時に観測することが可能であり、また、画像形成装置の光学素子に傷等の不具合が生じていれば、ビームの散乱光として観測が可能となる。
【００８１】
以上より、画像形成装置の光路中で検査光学系の物点位置を移動させることにより、画像形成装置の光学素子の画像とビームの画像とを同時に取得して、全光路を一つの検査光学系で検査することが可能となる。
【００８２】
図２１は、本発明による光学系検査方法の一実施形態を説明するための図である。書込みユニット（画像形成装置）は、ポリゴンミラー１、第１及び第２レンズ３ｄ，３ｅ、第１及び第２ミラー２７ａ，２７ｂ、及び防塵ガラス２８からなる複数の光学素子によって構成されている。このような書込みユニットにおける設計上の理想光路が図中実線の矢印であらわされる場合、検査光学系の検査用レンズ７の物点位置を、書きこみユニットから出射してくるビームと平行に、書きこみユニット内に向かって移動していけば、その物点位置は理想的には図中破線の矢印で表される光路を辿る。光路中の検出画像としては、ビーム画像のみならず、各光学素子の画像が検出され、各光学素子とビームとの相対的な位置関係を検出することが可能となり、各光学素子のどの位置をビームが通過しているかが分かる。
【００８３】
図２２は、感光体位置を想定した画像形成装置の結像位置におけるビーム画像２９の取得例を示す。また、図２３は、図２１に示すごとくの防塵ガラス２８の表面に物点位置を固定した場合のビーム画像２９ａと、焦点を合わせるための防塵ガラス表面のマーク画像３０とを取得した例を示す図である。また、図２４は、レンズ表面に物点位置を固定した場合のビーム画像２９ｂと、光学素子（例えばレンズ）表面のマーク画像３１とを取得した例を示す図である。また、図２５は、光学素子裏面に物点位置を固定した場合のビーム画像２９ｃと、光学素子裏面のマーク画像３２とを取得した例を示す図である。
【００８４】
上記のごとくの方法によって取得された画像から、ビームと光学素子の位置が可視化されているため、目視検査により良否判定が可能となる。しかし、検査用レンズ固有の焦点距離を固定している場合などは、検査用レンズを移動すると視野範囲が変化し、光学素子とビームとの相対位置を正確に把握することは困難である。そのため、ビームと光学素子の明るさの違いから閾値処理により光学素子とビームの画像を分離して、得られた画像データの重心からビームの位置を求める画像処理プロセスにより、画像中、縦方向の微分処理により光学素子の上下端部の検出を実施して、光学素子の相対位置を検出し、ビーム位置の良否を判定可能とする。
【００８５】
また、この他ビームは点滅可能であるので、ビームを点滅させた状態で、ビーム消灯時に画像形成装置の光学素子の画像のみを検出し、光学素子の位置やサイズ等を導出することが可能となる。次にビーム点灯時の画像を取得し、ビーム消灯時の画像と画像間差分処理を実施すればビームだけの画像が得られ、ビームと画像形成装置の光学素子との相対位置を検出することが可能となる。
【００８６】
一方、取得したビームと光学素子の画像から、光学素子の端部近辺に注視して、微分処理を実施し、微分処理後の注視画像領域の画素データから合焦点位置を検出できる。図２６は、光軸方向の位置と微分画像光量との関係の一例を示す図である。
【００８７】
検査用レンズを移動して物点位置を光軸方向に移動していき、逐次、光学素子の端部近辺の領域を微分処理し、画素データの総和を求める。微分処理は隣接する画素の画素データの差を導出するプロセスであるため、焦点が合っていない場合は、画像がぼけ、平均化されたような画像となり、隣接画素の画素データの差は小さい。逆に焦点が合っている場合は隣接する画素データの差が大きくなり、レンズの移動に伴って、図２６に示すような画像の光量データの変化を検出できる。光量がもっとも大きくなったときのレンズの位置が光学素子に焦点が合った位置として認定できる。
【００８８】
また、上記方法により、画像形成装置のレンズ等光学素子の表裏面に焦点を合わせることが可能となるため、表裏面の焦点間における検査光学系の物点移動は、画像形成装置のレンズ内部における物点移動となる。
【００８９】
また、画像形成装置内で検査用レンズの物点位置を移動していくと、レンズ等光学素子とその光学素子面でのビームの光量データを検出することができ、レンズの画像のエッジ検出や細線化処理などの処理により、光学素子の中心または稜線を検出することが可能となる。またビームの位置は、ビームの光量データの重心を検出することで特定可能となり、光学素子の中心とビームの位置関係を比較することで、光学素子におけるビームの通過位置を特定することが可能となる。
【００９０】
図２７は、光学素子表面のビーム位置と光学素子裏面のビーム位置の検出例を示す図である。例えば、図２７（Ａ）に示す光学素子表面でのビームと、図２７（Ｂ）に示す光学素子裏面でのビームとの位置について、これらビームの光学素子３の端部からの距離が異なる場合、ビームは光学素子３の内部を傾いて伝播していることが分かる。
【００９１】
検査光学系の検査用レンズの物点位置の移動により倍率が変化するため、光学素子３の表面のビーム位置と裏面のビーム位置は、絶対位置では比較することができない。従って画像形成装置の光学素子３の両端部からビームの位置までの距離の割合を比較対象の基準とすることができる。
【００９２】
図２８は、光学素子表面の傷や汚れに起因する散乱光の発生について説明するための図である。画像形成装置の光学素子３の表面に傷や汚れ等が存在している場合、その位置を通過するビームから散乱光３３が生じる。光学素子３において散乱光３３を生じている位置が２次光源の役目を成し、ビームとは異なる光路を通った散乱光を２次元ＣＣＤカメラで取得することができる。検査光学系の焦点が光学素子３の表面に合っていない場合、散乱光３３は２次元ＣＣＤカメラには結像せず、不具合を生じているビームの再結像像のみが取得される。
【００９３】
上記のごとくの散乱光の取得、並びに散乱光を生じている光学素子の特定により光学系の判定を行い、その判定結果に応じて光学素子の交換等の対応を取ることが可能となる。
【００９４】
また、例えば、画像形成装置のレンズ等光学素子の内部に気泡や異物がある場合、画像形成装置の光学素子表面と裏面の間で検査光学系の検査用レンズの物点位置を移動することによって、画像形成装置の光学素子内部の気泡等による散乱光を取得することで、画像形成装置の不具合発生箇所を特定し、良不良品の判定を可能とする。
【００９５】
図２９は、本発明の光学素子の一実施形態を説明するための図である。例えば、図２９に示すように、画像形成装置の光学素子３の端部や表裏面におけるビームの光路を遮蔽しない位置にマーク３４ａ，３４ｂを付加する。これにより２次元ＣＣＤカメラで取得した光学素子３の画像は、マーク３４ａ，３４ｂを付与した部分とそれ以外の領域との間のコントラストが高くなり、微分処理等を実施した際に、隣接画素データの差が顕著となり、焦点を合わせる効果を向上させることが可能となる。
【００９６】
図３０は本発明の光学素子の他の実施形態を説明するための図である。例えば、図３０に示すように、画像形成装置の光学素子３の端部、表裏面、あるいは表裏面の間の位置におけるビームの光路を遮蔽しない位置にマーク３４ａ，３４ｂ，３４ｃを付与する。各マークの位置と検査光学系の物点位置との比較により、散乱光等が生じている位置の特定精度を向上させることができる。
【００９７】
図３１は、光学素子表面のマークに焦点を合わせたときのビーム画像と光学素子画像の一例を示す図である。画像形成装置を構成する全ての光学素子の表裏面または端部に、それぞれの光学素子を特徴づけるための上述のごとくのマーク３４ａ，３４ｂを付与する。これにより、画像形成装置においてどの光学素子のどこで不具合が生じているかを検出することが可能となる。検出例として、たとえば、図３１に示すように、防塵ガラス及びｆθミラーを通して検出したポリゴンミラー表面のマーク３４に焦点を合わせた時のビーム２９ｄと、ポリゴンミラーの面３５ａ，３５ｂの画像を示す。
【００９８】
【発明の効果】
以下の説明から明らかなように、本発明によれば、画像製品の書込みユニット等の画像形成装置より出射するビームの品質を向上、保証し、画像製品の最終出力である画像を高品質に保つことが可能となる。
【００９９】
画像形成装置としての最終出力である感光体面上でのビームの特性値に不具合が生じている場合、通常、画像形成装置は回転多面体鏡やｆθレンズなど複数の光学素子からなるため誤差要因が多く、どこに不具合発生個所があるか検出するのは困難を極めていたが、本発明の光学系装置により、不具合発生個所の特定が格段に容易になる。
【０１００】
また、ビーム径などの詳細な検出データは、感光体面上を想定した画像形成装置の結像位置での検出データで足り、画像形成装置内部での不具合としては、ビームの重心が画像形成装置内の光学素子の中心や稜線からどれくらいずれているか、ビームの形状が光学素子のエッジ部分から外れたり光学素子の傷等により崩れていないか、ビームが理想の光路から角度を持ってまたは平行にずれていないか、ビームの重心を基準に上下左右の光量分布状態に偏りが無いか、などを検出するだけでも、その光路の前後の光学素子の影響の有無が検出可能となる。
【０１０１】
しかし、光路をただ逆に辿って光路中のビームを検出するのみでは、画像取得手段の視線も画像形成装置内の光学素子の影響を逆向きに受ける。例えば、ビームだけを画像取得手段により受光した場合、受光面内でのビームの位置は変わらないと考えられる。そのため、検出した光路中のビームの品質判定基準が必要となる。そこで、光学素子を画像として検出し、そのなかで相対的に光学素子のどの位置をビームが通過しているか、更に、光学素子の表裏面でのビーム通過位置により、光学素子自体を基準として、光路を検出し、その通過位置の判定を実施することで、ビームの傾きや設計上の理想光路からのずれを検出することが可能となる。
【０１０２】
更に、画像形成装置の光学素子の表裏面、内部等の傷による散乱光検出から光学素子の不良を画像形成装置の全光路中で特定可能となる。
【０１０３】
また、画像記憶手段により、別途、計算機等で格納した画像を処理し、解析等に利用可能となる。
【０１０４】
また、画像評価手段により、ビームに不具合を生じている画像形成装置の光学素子を特定し、調整、交換等の対応をその場で取ることが可能となる。
【０１０５】
また、検査光学系の再結像手段を移動することで、再結像手段の像点位置を画像取得手段の受光面に固定したままで、物点位置を画像形成装置内部まで移動することが可能となる。
【０１０６】
再結像手段に焦点可変の結像素子を用いることにより、再結像手段を移動させる駆動手段の真直性などの誤差要因を除去することが可能となる。
【０１０７】
また、焦点距離を固定した複数の再結像手段を切り替えて用いることにより、再結像手段の移動、焦点距離の変更による焦点距離の変動を低減することが可能となり、繰り返し再現性を向上させることが可能となる。
【０１０８】
また、画像取得手段の位置を移動可能とすることにより、再結像手段の物点位置、像点位置の移動のみで対応できない場合に、画像取得手段の受光面位置を移動させて像点位置に合わせることで対応可能となり、検査光学系のスペース上の制約など柔軟に対応可能となる。
【０１０９】
また、再結像手段と画像取得手段を回転させる検査光学系回転手段を備えることにより、再結像手段の移動などで物点位置を移動させた際に、画像取得手段の視野からビームが外れないように、検査光学系をビームの方へ回転することが可能となる。
【０１１０】
また、画像取得手段の画像取得部を複数備え、ビームを分岐させて各画像取得部に入射させることにより、画像形成装置内部の同一光路中の複数位置でのビームの特性を同時に検出することが可能となり、不具合発生個所の特定を高速に実施可能となる。
【０１１１】
再結像手段を無限遠補正型の構成とすることで、分岐個所のスペースを確保することが容易となり、検査光学系のレイアウトに関しては、複数の画像取得部と各々の画像取得部にビームを再結像する第二の再結像手段との相対位置のみを調整すればよく、画像形成装置の機種変更や検査光学系レイアウト変更などに柔軟に対応可能となり、画像形成装置内部の同一光路中の複数位置でのビームの特性を同時に検出することが可能となり、不具合発生個所の特定が高速に実施可能となる。
【０１１２】
また、画像取得手段と再結像手段とを光軸と垂直方向に移動する検査光学系可動手段を備えることにより、画像形成装置の走査方向に長い形状の画像形成装置であっても、検査光学系を光軸と垂直な走査方向に移動させることが可能となり、画像形成装置の結像位置でビームに不具合が検出された場合に、その位置でビームの光路を逆に辿って検査し、結像位置で検出されたビームの不具合の原因を検出することが可能となる。
【０１１３】
また、複数の第１の結像手段と、その第１の結像手段との間で無限遠補正系を構成する第２の結像手段を備えることにより、画像形成装置の複数の像高で検出したビームの特性を検出することができ、画像形成装置内部の光学素子の組み付け角度誤差等の検出を可能とし、また主走査全域におけるビーム特性の傾向の検証、あるいは相対比較が可能となる。
【０１１４】
また、複数の第１の結像手段と、その第１の結像手段との間で無限遠補正系を構成する複数の第２の結像手段を備えることにより、画像形成装置の複数像高、複数光路中の複数位置でのビームの特性を同時に検出することが可能となり、画像形成装置から出射するビームの感光体面上での不具合がある像高と、光路中の不具合発生個所の特定とを同時に高速に実施することが可能となる。
【０１１５】
さらに、本発明の光学系検査方法によれば、検査光学系の注視する位置（物点位置、検出位置）を、画像形成装置の光路を逆に辿るようにし、画像形成装置の光学素子の画像を同時に取得することで、ビームの画像のみでは特定できなかったビームの不具合の原因を検出することができる。
【０１１６】
而して、ビームを画像取得手段に再結像する再結像手段の固有の焦点距離に対応して物点位置を画像形成装置内に設定し、その場合の像点位置を画像取得手段の受光面となるよう設定し、再結像手段と画像取得手段の相対位置を調整することにより、画像形成装置内部の任意の位置でのビームを検出することが可能となる。従って、画像形成装置の結像面である感光体面上でビームのプロファイル等に不具合が検出された場合、画像形成装置の光源から出射し、回転多面鏡、ｆθレンズ等を伝播してきたビームの光路を感光体面上、ｆθレンズ、回転多面鏡と逆に辿っていくことが可能であるから、光路中の各位置でのビームの特性を検出することにより、感光体面上で検出された不具合の発生個所である光学素子を特定することが可能となる。従来、感光体面上でのビームのプロファイルを検出し、ビームの結像状態等を検出する方法、装置はあるものの、感光体面上でのプロファイルに不具合が検出されても、その不具合発生個所の特定を行うために、各光学素子の個別検証や全光学素子の再調整と検出の試行錯誤を行うなど、その作業は困難を極めていた。しかし、本方法により画像形成装置内部の光路中のビームの特性を検出することにより、不具合が生じている光学素子の特定などが可能となり、特定した光学素子の調整や取替えなどで対応することにより画像形成装置から出射されるビームの品質を保証し、ひいては画像製品の最終出力である画像の品質を保証することが可能となる。
【０１１７】
本方法において、検出されるビームの特性のうち、画像形成装置内部の光学素子におけるビームの通過位置のずれ、あるいは設計上理想的な光路からのずれ等により、波面収差の発生や、感光体面上での結像位置のずれ、あるいはビーム径が絞れない等の不具合が生じる。また、光学素子からビームが外れている場合は、ビームのプロファイルの欠落等が生じる。本発明によれば、これらの不具合発生個所を特定し、補正することが可能となる。
【０１１８】
また、上記方法において、画像取得工程によって取得した画像を処理する画像処理工程を有することにより、ビームの画像と画像形成装置の光学素子の画像とを同時に取得し、画像データから両者の相対位置等を容易に分離、検出、比較することが可能となる。
【０１１９】
また、光学素子の所定の位置を検出して焦点を合わせる合焦点位置検出工程を有することにより、画像形成装置の光路中でビームの不具合が生じている位置の指標となる画像形成装置の光学素子の位置を特定することが可能となる。
【０１２０】
また、光学素子の画像からその光学素子の端部の位置を検出し、その光学素子におけるビームの通過位置を検出することにより、画像形成装置の光学素子におけるビームの通過位置の基準を決定することができる。また、検査光学系の物点位置の移動に伴う倍率の変化の影響を除去することが可能となる。
【０１２１】
再結像手段の焦点位置を光学素子の所定の面に合わせる合焦点工程と、所定の面に傷や汚れ等の不具合が存在する場合に、その不具合に起因して生じる散乱光を取得することにより、画像形成装置の光学素子の表裏面の欠陥を検出することができ、光学素子の調整や良不良品の判定をすることが可能となる。
【０１２２】
再結像手段の焦点位置を光学素子の所定の面に合わせ、その光学素子の他方の面に焦点位置が合うまで再結像手段を調整し、光学素子の所定の位置に不具合が存在する場合にその不具合に起因して生じるビームの散乱光を取得することにより、画像形成装置の光学素子の内部の不具合要因の検出が可能となる。
【０１２３】
また、光学系検査装置の再結像手段の焦点位置を合わせるためのマークを光学素子の所定の面に備えることにより、検査光学系の物点位置を画像形成装置の光学素子の表裏面に合わせやすくし、ビームの不具合発生箇所の特定を容易にし、且つ、検査の信頼性を向上させることができる。
【０１２４】
また、光学系検査装置の再結像手段の焦点位置を合わせるためのマークを光学素子の所定の位置に備えることにより、検査光学系の物点位置を画像形成装置の光学素子に合わせやすくし、ビームの不具合発生箇所の特定を容易にし、且つ、検査の信頼性をさらに向上させることができる。
【０１２５】
上記のごとくの焦点位置を合わせるためのマークを有する光学素子を備えた画像形成装置により、ビームの不具合発生箇所の特定を画像形成装置の全光路中で容易とし、且つ、検査の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる光学系検査装置を適用する画像形成装置に備えられた光学素子の構成例について説明するための図である。
【図２】ｆθレンズにおけるビームの通過位置と各通過位置に従うビームプロファイルの例を説明するための図である。
【図３】ｆθレンズにおけるビームの通過位置と各通過位置に従うビームプロファイルの例を説明するための他の図である。
【図４】ｆθレンズにおけるビームの通過位置と各通過位置に従うビームプロファイルの例を説明するための更に他の図である。
【図５】ｆθレンズにおけるビームの通過位置と各通過位置に従うビームプロファイルの例を説明するための更に他の図である。
【図６】本発明の光学系検査装置の一実施形態を説明するための図である。
【図７】光学系検査装置の検査用レンズの移動による再結像画像の取得機能について説明するための模式図である。
【図８】光学系検査装置の検査用レンズを移動させたときの作用について説明するための図である。
【図９】本発明の光学系検査装置の他の実施形態を模式的に示す図である。
【図１０】本発明の光学系検査装置の更に他の実施形態を模式的に示す図である。
【図１１】本発明の光学系検査装置の更に他の実施形態を模式的に示す図である。
【図１２】本発明の光学系検査装置の更に他の実施形態を模式的に示す図である。
【図１３】本発明の光学系検査装置の更に他の実施形態を模式的に示す図である。
【図１４】本発明の光学系検査装置の更に他の実施形態を模式的に示す図である。
【図１５】本発明の光学系検査装置の更に他の実施形態を模式的に示す図である。
【図１６】本発明の光学系検査装置の更に他の実施形態を模式的に示す図である。
【図１７】本発明の光学系検査装置の更に他の実施形態を模式的に示す図である。
【図１８】本発明の光学系検査装置の更に他の実施形態を模式的に示す図である。
【図１９】図１８に示す実施形態におけるビームの検出例を示す図である。
【図２０】本発明の光学系検査装置の更に他の実施形態を模式的に示す図である。
【図２１】本発明による光学系検査方法の一実施形態を説明するための図である。
【図２２】感光体位置を想定した画像形成装置の結像位置におけるビーム画像２９の取得例を示す図である。
【図２３】図２１に示すごとくの防塵ガラスの表面に物点位置を固定した場合のビーム画像と、焦点を合わせるための防塵ガラス表面のマーク画像とを取得した例を示す図である。
【図２４】レンズ表面に物点位置を固定した場合のビーム画像と、光学素子（例えばレンズ）表面のマーク画像とを取得した例を示す図である。
【図２５】光学素子裏面に物点位置を固定した場合のビーム画像と、光学素子裏面のマーク画像とを取得した例を示す図である。
【図２６】光軸方向の位置と微分画像光量との関係の一例を示す図である。
【図２７】光学素子表面のビーム位置と光学素子裏面のビーム位置の検出例を示す図である。
【図２８】光学素子表面の傷や汚れに起因する散乱光の発生について説明するための図である。
【図２９】本発明の光学素子の一実施形態を説明するための図である。
【図３０】本発明の光学素子の他の実施形態を説明するための図である。
【図３１】光学素子表面のマークに焦点を合わせたときのビーム画像と光学素子画像の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…ポリゴンミラー、２…ＬＤユニット、３…光学素子、３ａ…ｆθレンズ（画像形成装置の光学素子）、３ｂ〜３ｅ…画像形成装置の光学素子、４…画像形成装置の結像位置（感光体面）、５ａ，５ｂ，５ｃ…光路中のビーム、６…光学素子の中心線、７，７’，７ａ〜７ｇ…検査光学系の検査用レンズ、８，８’，８ａ，８ｂ…２次元ＣＣＤカメラ、９ａ，９ｂ…物点位置、１０，１０ａ〜１０ｋ…像点位置、１１ａ〜１１ｄ…光路中のビーム、１２…画像形成装置の光学素子の画像、１３…光路中のビームの再結像像、１４…画像形成装置の光学素子の中心線とビームとの距離、１５…コンピュータ、１６…レンズ移動ステージ、１７…固定治具（検査光学系のレンズホルダ）、１８…アクチュエータ（レンズホルダ回転装置）、１９…カメラ移動ステージ、２０…回転中心、２１…回転ステージ、２２…ビームスプリッタ、２３，２３ａ〜２３ｉ…ミラー、２４，２４ａ〜２４ｄ…結像レンズ、２５ａ〜２５ｂ…光路、２６…主走査方向移動ステージ、２７ａ…第１ミラー、２７ｂ…第２ミラー、２８…防塵ガラス、２９，２９ａ〜２９ｄ…ビーム画像、３０…防塵ガラス表面のマーク画像、３１…レンズ等光学素子表面のマーク画像、３２…レンズ等光学素子裏面のマーク画像、３３…散乱光、３４，３４ａ〜３４ｃ…マーク、３５ａ，３５ｂ…ポリゴンミラーの面。
【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】
2004053460.tif 000021
【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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