(57)【要約】【課題】安価で高精度なカラー画像位置検出装置及びそれを用いた安価なカラー画像形成装置を提供することにある。【解決手段】画像位置検出装置は、光源部と受光部からなり、前記光源からの光を中間転写体及びトナー像パターンへ照射しその反射光を受光部で受光するとき、光源部と中間転写体上の検知点との距離をＡ、距離Ａにおける光源部からの光の単位面積当たりの光量をＦ、中間転写体上の検知点と受光部との距離をＢ、中間転写体の反射率をＧ、受光部位置での検知可能な単位面積当たりの光量の最小値をＲとするとき、（Ａ／（Ａ＋Ｂ））２≧Ｒ／（Ｇ×Ｆ）の関係を満たすことを特徴とする。【選択図】図１
2005084206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラー画像が形成される中間転写体を搬送する搬送手段と、該搬送手段に近接して配置され、カラー画像を形成するための複数個の画像形成ユニットと、上記中間転写体に形成されたトナー像パターンを用いて各色の位置ずれを検出するための画像位置検出装置とを備えたカラー画像形成装置において、上記画像位置検出装置は、光源部と受光部からなり、該光源からの光を上記中間転写体及びトナー像パターンへ照射しその反射光を受光部で受光するとき、光源部と中間転写体及び中間転写体と受光部の間にレンズを設けず、光源部と中間転写体上の検知点との距離をＡ、距離Ａにおける光源部からの光の単位面積当たりの光量をＦ、中間転写体上の検知点と受光部との距離をＢ、中間転写体の反射率をＧ、受光部位置での検知可能な単位面積当たりの光量の最小値をＲとするとき、（Ａ／（Ａ＋Ｂ））２≧Ｒ／（Ｇ×Ｆ）の関係を満たすことを特徴とするカラー画像形成装置。
【請求項２】
前記光源部と前記中間転写体上の検知点との距離Ａより、前記中間転写体上の検知点と前記受光部との距離Ｂを小さくすることを特徴とする請求項１記載のカラー画像形成装置。
【請求項３】
前記中間転写体の法線と前記光源部からの光の中心線との角度を３０度以下とすることを特徴とする請求項１記載のカラー画像形成装置。
【請求項４】
前記受光部本体の寸法をＣ、トナー像パターン寸法をＤとするとき、Ｃ≦（Ｄ×（Ａ＋Ｂ））／Ａの関係を満たすことを特徴とする請求項１記載のカラー画像形成装置。
【請求項５】
トナー像パターンとトナー像パターンの間隔をＰとするとき、Ｃ≦（Ｐ×（Ａ＋Ｂ））／Ａの関係を満たすことを特徴とする請求項１記載のカラー画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像データに応じ画像を印刷するカラー画像形成装置に係り、特に画像の位置ずれを検出するためのカラー画像位置検出装置を備えたカラー画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に複数の画像形成ユニットにより異なる色の画像を形成し、搬送ベルトによって搬送される中間転写体に異なる色のカラートナー像を順次転写した後、記録紙に一括して転写するタンデム式のカラー画像形成装置が知られている。
【０００３】
このタンデム式カラー画像形成装置は、各色ごとにユニットを設けるので高速化が容易である反面、各色を記録紙に位置ずれなく形成することが難しく、このため画質が低下するという問題がある。この位置ずれの要因の一つは、経時的な変化や温度変化によって、各ユニット間の相対的な位置ずれが発生することが挙げられる。
【０００４】
また、感光体や中間転写体のわずかな速度誤差や変動によっても各色の画像間の位置ずれになる。このような位置ずれによる画質低下を防ぐために、中間転写体上に、各色間の位置ずれを検出するための各色トナー像を形成し、このトナー像を光検出器で検出して位置ずれを補正する制御方式が知られている。この補正制御は、感光体を光ビームで走査する際、走査方向及び副走査方向の光ビームのタイミングを制御することにより行なわれる。
【０００５】
上述の位置ずれを極力小さく抑えるためには、位置ずれの検出精度を高めることが必要である。通常各色間の位置ずれは、最大でも１００μｍ以下、平均では５０μｍ以下にすることが望ましい。そのためには、画像位置検出器は、１０μｍ以下の精度で位置ずれを検出する必要がある。
【０００６】
この画像位置検出器として、従来、発光部と、その発光部から出射した光を中間転写体で反射し、その反射光を受光する検出部からなり、検出部における検出光量の変化からパターン像を検出する構成が知られている。その一例として、発光部が斜めに配置され、ある角度でレンズを介して中間転写体上のパターン像に光を照射し、その正反射光を、発光部の発光点と共役関係の位置に配置したレンズを介して、検出部で受光することにより、高精度で位置検出を行う方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−５５５７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記の従来の技術の場合光源と中間転写体の間あるいは中間転写体と検出部の間にはレンズが設けられており、価格が高い、レンズが汚れるという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、安価で高精度なカラー画像位置検出装置を用いた安価なカラー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】
【００１０】
本発明は、カラー画像が形成される中間転写体を搬送する搬送手段と、該搬送手段に近接して配置され、カラー画像を形成するための複数個の画像形成ユニットと、上記中間転写体に形成されたトナー像パターンを用いて各色の位置ずれを検出するための画像位置検出装置を備えたカラー画像形成装置において、上記画像位置検出装置は、光源部と受光部からなり、該光源からの光を上記中間転写体及びトナー像パターンへ照射しその反射光を受光部で受光するとき、光源部と中間転写体及び中間転写体と受光部の間にレンズを設けず、光源部と中間転写体上の検知点との距離をＡ、距離Ａにおける光源部からの光の単位面積当たりの光量をＦ、中間転写体上の検知点と受光部との距離をＢ、中間転写体の反射率をＧ、受光部位置での検知可能な単位面積当たりの光量の最小値をＲとするとき、（Ａ／（Ａ＋Ｂ））２≧Ｒ／（Ｇ×Ｆ）の関係を満たすようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、中間転写体のキズや傾きによる影響を小さくするため、光源部と中間転写体上の検知点との距離Ａ、より中間転写体上の検知点と受光部との距離Ｂを小さくしたことを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、中間転写体の上限変動による検知誤差を小さくするため、中間転写体の法線と光源部からの光の中心線との角度を３０度以下としたことを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、トナー像パターン部のＳＮ比をよくするため、受光部本体の寸法をＣ、トナー像パターン寸法をＤとするとき、Ｃ≦（Ｄ×（Ａ＋Ｂ））／Ａの関係を満たすようにしたことを特徴とする。
【００１４】
さらに本発明は、中間転写体部のＳＮ比をよくするため、トナー像パターンとトナー像パターンの間隔をＰとするとき、Ｃ≦（Ｐ×（Ａ＋Ｂ））／Ａの関係を満たすようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、従来の技術のような光源と中間転写体の間あるいは中間転写体と検出部の間にレンズを不要とし、安価なカラー画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例を図１〜７を参照して説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は本発明にかかる画像形成装置の概略構成を示すもので、一定速度で走行する中間転写体１と、この中間転写体１の走行経路に沿って配置された複数のカラー画像形成ユニット２、３、４、５と、位置ずれ補正制御部６を備えている。画像形成ユニット２はイエロー（以下Ｙという）のカラートナー像を形成し、３はマゼンタ（以下Ｍという）、４はシアン（以下Ｃという）、５は黒の画像をそれぞれ形成する。
【００１８】
各画像形成ユニットは、図２に示すように感光体１０、帯電手段１１、露光手段１２、現像手段１３を備えており、一連の電子写真プロセスを経て、感光体１０にカラートナー像を形成する。
【００１９】
図３は露光手段１２の一構成例を示す。レーザビームを発光する半導体レーザ２０からのレーザ光は、コリメートレンズ２１により平行光に変換され、レーザビームを走査するポリゴンミラー２２に照射される。このポリゴンミラー２２の回転により生ずる走査光はｆθレンズ２３により収束された後、感光体１０に照射される。ポリゴンミラー２２に照射された光の一部は、ミラー２４により反射された後、レーザビーム走査における基準位置を検出するビーム検出手段２５に入るように構成されている。
【００２０】
図１に戻り説明を続けると、上記各画像形成ユニット２、３、４、５に対応して第１転写手段３１、３２、３３、３４がそれぞれ配置されており、各ユニットが形成したＹ、Ｍ、Ｃ、黒のカラートナー像は、中間転写体１に順次転写される。中間転写体１に転写されたカラートナー像は第２転写手段３５により、記録紙３６に一括転写され、定着手段３７で記録紙３６に定着される。
【００２１】
このカラー画像形成装置は、装置の立ち上がり時や、装置内の温度がある一定以上変化した時などに、各色間の位置ずれを補正する動作を行う。つまり、各画像形成ユニット２、３、４、５で形成された位置ずれ検出用トナー像パターンは、中間転写体１に転写され、中間転写体１によって搬送されたトナー像パターンは、画像位置検出装置３８によって検出されて、位置ずれ補正制御部６に入る。この位置ずれ補正制御部６においてある特定色、例えば黒色のトナー像パターンの検出信号と、他の色Ｙ、Ｍ、Ｃのトナー像パターン検出信号とのそれぞれの時間間隔が測定される。そして、その相対的時間差に応じて、各画像形成ユニットで２、３、４、５における感光体１０の回転速度を変更したり、各画像形成ユニットの半導体レーザ２０から発光するレーザビームの発光タイミングが制御され、相対的時間差を小さく抑えるように制御される。このような制御により各色の画像の相対的位置ずれを小さく抑えることが可能となる。
【００２２】
図４は画像位置検出装置３８の概略構成例を示す。発光部４０から出射した光は中間転写体１へ入射角θで入射する。また、発光部４０と中間転写体１の検知点の距離はＡ離れており、中間転写体１の検知点と光検知器４１の距離はＢ離れている。なお、中間転写体１の反射率はＧであり、位置決め用のマーク４２の寸法はＤ、位置決め用のマーク４２と位置決め用のマーク４２の間隔はＰであり、中間転写体１の上下変動量をＥとし、光検知器４１の寸法をＣ、光検知器４１で検知可能な単位面積当たりの光量の最小値をＲとする。
【００２３】
発光部４０からの光量は距離Ａ離れたところで単位面積当たりＦであるとする。発光部４０と中間転写体１の検知点の距離Ａおよび中間転写体１の検知点と光検知器４１の距離Ｂが大きくなるにつれ、光検知器４１へ到達する光量は小さくなる。この光量は距離の２乗に反比例して小さくなっていく。また、中間転写体の反射率Ｇによっても、光検知器４１へ到達する光量は変化する。光検知器４１で検知可能な単位面積当たりの光量の最小値をＲとすると式（１）を満たさなければ、本発明のカラー画像位置検出装置で検知できないので発光部４０と中間転写体１の検知点の距離Ａと、中間転写体１の検知点と光検知器４１の距離Ｂを、（Ａ／（Ａ＋Ｂ））２≧Ｒ／（Ｇ×Ｆ）の関係を満たすように配置する必要がある。以下、この式を式（１）とする。
【００２４】
例えば、発光部４０と中間転写体１の検知点の距離Ａを３０ｍｍ、発光部から距離Ａにおける単位面積当たりの光量Ｆを３ｍＷ、中間転写体１の反射率Ｇを０．０４、光検知器４１で検知可能な単位面積当たりの光量の最小値Ｒを０．０５ｍＷとすると、式（１）から、中間転写体１の検知点と光検知器４１の距離Ｂは１６．４８以下と求められる。よって、この例の場合、Ｂの値を１６．４８以下、例えば１０ｍｍにすれば検知可能となる。
【００２５】
式（１）の発光部から距離Ａにおける単位面積当たりの光量Ｆ、中間転写体１の反射率Ｇ、光検知器４１で検知可能な単位面積当たりの光量の最小値Ｒは、構成部品の特性で決定してしまうので、発光部４０と中間転写体１の検知点の距離Ａと中間転写体１の検知点と光検知器４１の距離Ｂを式（１）の条件にすることにより検知可能となる。
【００２６】
さらに、本発明のカラー画像位置検出装置では、中間転写体１のわずかな傾きαにより、発光部４０からの光を光検知器４１へ反射する位置が変化してしまう問題がある。変化量をＸとすると、Ｘ＝Ｂ×ｔａｎαとなる。また、中間転写体１の表面状態（キズや汚れ）に起因する光線の乱れの影響で中間転写体１からの反射光の一部が光検知器４１へ到達しない場合がある。これらを軽減するため、本発明では、中間転写体１の検知点と光検知器４１の距離Ｂの大きさを、発光部４０と中間転写体１の検知点の距離Ａより小さくしている。
【００２７】
その他、本発明の場合、中間転写体１が上下方向へＥ変動する場合、光検知器４１へ到達する位置決め用のマーク４２の影の位置が変動してしまう。その量は図４に示す様に光検知器４１の平面と入射光線の中心線が直交するときＥｓｉｎθで概略求められる。この量はできるだけ小さい方がよいが、中間転写体１の上下変動量Ｅの１／２以下でないと検知が困難となる。よって本発明では、θは３０度以下としている。
【００２８】
また、光検知器４１の受光部の寸法Ｃについては、位置決め用マーク４２の寸法Ｄに対する影の寸法より小さくすることで、ＳＮ比が良好になる。そのために、本発明では、位置決め用のマーク４２の寸法Ｄと光検知器４１の受光部の寸法Ｃの関係が、Ｃ≦（Ｄ×（Ａ＋Ｂ））／Ａを満たすようにしている。
【００２９】
例えば、Ａ＝４０、Ｂ＝１０、Ｄ＝０．５であれば、Ｃ≦０．６２５としている。
【００３０】
また、光検知器４１の受光部の寸法Ｃについては、位置決め用マーク４２と位置決め用マーク４２の間隔Ｐより小さくすることで、ＳＮ比が良好になる。そのために、本発明では、位置決め用のマーク４２と位置決め用マーク４２間隔Ｐと光検知器４１の受光部の寸法Ｃの関係が、Ｃ≦（Ｐ×（Ａ＋Ｂ））／Ａを満たすようにしている。例えば、Ａ＝４０、Ｂ＝１０、Ｐ＝２であれば、Ｃ≦２．５としている。
【００３１】
なお、本発明のカラー画像位置検出装置に用いる光源としては、点光源に近い光を用いたほうが、位置決め用のトナーマーク４２のエッジ部がシャープな影として、光検知器４１上にできるので、より高精度に検知可能となる。その光源例として、半導体レーザを提案している。光検知器４１の出力は、その受光面に入射する光量が大きいほど出力電圧が高くなる回路構成となっている。逆に受光面に入射する光量が大きいほど出力電圧が下がる回路であっても差し支えない。
【００３２】
光検知器４１は、中間転写体１から正反射した光を受け、光量に応じた電気信号を発生する。図５は、発光部４０の光量と受光部である光検知器４１の出力との関係を示し、中間転写体１による反射光と各色トナーの反射光とを比較して示している。中間転写体１の反射率は、トナーの反射率よりは高いため、少ない光量でも光検知器４１の出力は高くなっている。また、同じトナーであっても、Ｙ、Ｍ、Ｃのトナーはほぼ同じ出力であるが、黒トナーは、反射率が低いため、他色のトナーに対して極端に出力電圧が低下していることがわかる。
【００３３】
そこで、中間転写体１上に、黒トナー、Ｙトナー、Ｍトナー、Ｃトナーの順に等間隔に離れた位置に位置決め用のマーク４２を形成した場合、光検知器４１からは図６に示すような出力が得られる。つまり、中間転写体１は、最も反射率が高いため出力電圧は高く、次に中間転写体１上に形成された黒トナーのマークが画像位置検出装置３８を通過すると、反射率が最も低いため、電圧は図示のように最も小さな値となる。次に中間転写体１が搬送されＹトナーのマークが画像位置検出装置３８を通過すると、このＹトナーのマークの反射率は中間転写体と黒トナーの反射率の間にあるので、出力電圧の大きさも中間転写体と黒トナーの間の大きさになる。更に中間転写体１の搬送に伴ってＭトナー、Ｃトナーのマークも順次画像位置検出装置３８を通過するとＹトナーと同様の出力電圧を得られる。この出力電圧を所定の電圧と比較した後波形整形して、矩形波とし、その時間間隔を測定することで、それぞれのトナーのマークの位置を算出することが可能である。各色のトナーマークの位置がわかれば、位置がずれた場合のずれ量も分かる。
【００３４】
これまでは、図４に示した画像位置検出装置３８について説明してきたが、図７に示す画像位置検出装置３８であっても同様である。図７では、実装の都合から、光検知器４１を中間転写体１と平行に実装している。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のカラー画像形成装置の一実施例を示す概略構成図。
【図２】本発明装置に用いられる各画像形成ユニットの構成図。
【図３】本発明装置に用いられる露光手段の構成図。
【図４】本発明にかかる画像位置検出装置の一実施例を示す構成図。
【図５】本発明装置における発光部の光量と受光部の出力の関係を示す説明図。
【図６】本発明装置における受光部の出力電圧を示す説明図。
【図７】本発明にかかる画像位置検出装置の他の実施例を示す構成図。
【符号の説明】
【００３６】
１…中間転写体
２、３、４、５…カラー画像形成ユニット
６…位置ずれ補正制御部
１０…感光体
１１…帯電手段
１２…露光手段
１３…現像手段
２０…半導体レーザ
２１…コリメートレンズ
２２…ポリゴンミラー
２３…Ｆθレンズ
２４…ミラー
２５…ビーム検出手段
３１、３２、３３、３４…第１転写手段
３５…第２転写手段
３６…記録紙
３７…定着手段
４０…発光部
４１…光検知器
４２…位置決め用のマーク
【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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