(57)【要約】      （修正有）【課題】非接触な状態で測定でき、動的に変動する隙間に対しても、高い精度と応答性を有した測定を行うことが可能な隙間間隔測定手段を提供する。【解決手段】被測定対象である隙間に対して平行光を投光し、前記隙間を通過した平行光１０を、特定形状のみ通過させるスリット部５を有する遮光部材４を通過させ、二次元ＰＳＤセンサ６に受光させる。二次元ＰＳＤセンサ６の出力値である受光した光量の重心の座標から、隙間を通過した平行光１０のエッジの座標および隙間間隔を算出する。【選択図】図３
2013156231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象である隙間に対して、平行光を投光する投光手段と、
前記平行光の一部を通過させる開口部を有する遮光手段と、
前記隙間と前記開口部とを通過した平行光を受光し、
受光した光量の重心位置を検出する二次元光位置測定手段と、
からなる隙間間隔測定手段であり、
前記開口部の形状は、
前記平行光を通過させうる領域内で線対称となる軸を有し、
前記隙間を通過した平行光が、
前記線対称となる軸をまたがるように前記遮光手段を配置し、
前記隙間を通過した平行光のエッジが形成する線分が、
前記線対称となる軸と平行になるように配置することを特徴とする
隙間間隔測定手段。
【請求項２】
前記開口部の形状は、
前記線対称となる軸から前記線対称となる軸と直行する方向に対して、
前記線対称となる軸と平行方向における前記開口部の開口幅が一定であることを特徴とする
請求項１に記載の隙間間隔測定手段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定対象物の隙間を非接触に測定するための隙間間隔測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスを用いた画像形成装置において、感光ドラムと現像ローラとの間に形成される隙間間隔は、現像部での現像電界強度を決定する重要なパラメータである。前記隙間間隔を適切に保たなければ、現像電界強度を適切に保つことができず、画像形成装置の出力画像に濃度変動を生じさせてしまう。前記隙間間隔を適切に保つことで、画像形成装置の出力画像の濃度変動を低減させることができる。従来、電子写真画像形成装置における、感光ドラムと現像ローラとの間に形成される隙間間隔は、画像形成装置の組立を行う際に、適切な隙間間隔に調整されてきた。
【０００３】
隙間間隔を測定する方法として、以下の方法が提案されている。特許文献１には、光源からの光を拡散面により散乱させ、散乱光を被測定対象物の測定すべき隙間に対して照射させ、前記隙間を通過した光のシルエット像を受光手段で撮像して、撮像信号から隙間間隔を測定する方法が開示されている。特許文献２には、光源からの光を、被測定対象物の測定すべき隙間に対して、第一の集光レンズを用いて集光した光線束として照射し、隙間を挟んで、第一の集光レンズと対向する位置に配設された第二の集光レンズにより、隙間を通過する光線束が受光され、受光素子に入力し、受光素子の受光量に基づいて、隙間間隔を測定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３４０７２３号公報
【特許文献２】特開平７−３１８３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年では、電子写真画像形成装置には、印刷画質に匹敵する画質が求められている。印刷画質は、１枚の出力画像内での濃度の差異が小さいだけでなく、画像を出力する時間や場所によらず、出力画像の濃度の差異が小さい。１枚の出力画像内での濃度変動発生の一要因は、感光ドラムや現像ローラの偏心による隙間間隔変動である。また、画像形成装置の個体差による出力画像の濃度変動発生の一要因は、画像形成装置の構成部品の部品精度や組立精度により、前記隙間間隔がばらつくことである。
【０００６】
これらの濃度変動発生を低減させ更なる高画質化を図るには、上記の要因があっても、常に均一な隙間間隔になる構成が必要であり、画像形成時に前記隙間をリアルタイムに測定し、測定値を基にして前記隙間を適切な間隔になるようアクティブに調整・制御することが有効である。上記の構成を達成するには、画像形成時に感光ドラムと現像ローラとは高速で回転するため、前記隙間間隔の測定手段には高い応答性が要求される。
【０００７】
特許文献１に開示されている測定手段では、隙間を撮像し、撮像データから隙間のエッジ部を検出して、隙間間隔を算出しているため、撮像信号の読み出しや、読み出した信号を基にして隙間間隔に変換する処理に時間を要し、高い応答性を保ちながらの測定をすることができない。
【０００８】
特許文献２に開示されている測定手段では、第一の集光レンズにより形成される、光線束のビームウエストの位置調整が必要であり、調整に時間を要するため、高い応答性を保ちながらの測定をすることができない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
高い応答性を保ちながら隙間間隔の測定を達成するために、請求項１に記載の発明は、測定対象である隙間に対して、平行光を投光する投光手段と、前記平行光の一部を通過させる開口部を有する遮光手段と、前記隙間と前記開口部とを通過した平行光を受光し、受光した光量の重心位置を検出する二次元光位置測定手段とからなる隙間測定手段であり、前記開口部の形状は、前記平行光を通過させうる領域内で線対称となる軸を有し、前記隙間を通過した平行光が、前記線対称となる軸をまたがるように前記遮光手段を配置し、前記隙間を通過した平行光のエッジが形成する線分が、前記線対称となる軸と平行になるように配置することを特徴とする隙間間隔測定装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の隙間間隔測定装置によれば、二次元ＰＳＤセンサを受光素子として用いているため、データの読み出し時間が短く、応答性を高くすることが可能になり、高速に変動する隙間間隔の測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明で実施した隙間間隔測定装置の構成の斜視図
【図２】実施例における遮光板と二次元ＰＳＤセンサの構成を示す図
【図３】実施例における遮光板と二次元ＰＳＤセンサの位置関係を示す図
【図４】実施例における受光ユニットと平行光の位置関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［実施例１］
図１は本発明の一実施例である電子写真プロセスを利用した複写機の感光ドラムと現像スリーブ二円筒間の隙間間隔測定装置の構成を示す斜視図である。１は感光ドラム（直径６０ｍｍ）、２は現像スリーブ（直径２０ｍｍ）で、この二つの円筒間の隙間間隔が測定対象である。３は直径３ｍｍのレーザ光を測定対象隙間に対して照射する投光手段であり、感光ドラム１と現像スリーブ２とが対向する方向に対して垂直な方向から投光可能な位置に配置される。４は測定対象隙間を通過し、幅を規制された光を遮光する遮光板であり、Ｖ字形状のスリット５を有する。６は測定対象隙間と遮光板４に設けられたスリット５を通過した光を受光し、受光した光の光量の重心位置を検出する二次元ＰＳＤ（ポジションセンシティブ ディテクタ）センサである。ＰＳＤセンサは、フォトダイオードの表面抵抗を利用した非分割型の受光素子のため、連続した電気信号が得られ、位置分解能・応答性に優れている。７は現像スリーブ２に担持されている現像剤である。現像スリーブ２の現像剤７が担持されている領域では、感光ドラム１と現像スリーブ２とが現像剤を介して接触しているため、測定対象隙間の測定を行うことはできない。本実施例では現像スリーブ２の現像剤７の担持されていない領域に、投光手段３から平行光を投光した。９は遮光板４と二次元ＰＳＤセンサ６との位置関係を調整され、一体に作成された受光ユニットである。
【００１３】
図２−(a)は本実施例で用いる遮光板４の構成を、図２−(b)は二次元ＰＳＤセンサ６の構成を示す図である。遮光板４には、角度９０度の直角部を有する幅５００μｍのＶ字形状のスリット５を有する。スリット５の形状は線対称であり、８はスリット５の形状の線対称軸である。二次元ＰＳＤセンサ６の受光面には、x軸とy軸とが互いに直行するように設けられている。二次元ＰＳＤセンサ６は、受光面で受光した光の重心の座標に相当する電圧値を出力する。
【００１４】
図３は、本実施例で用いるスリット５を有する遮光板４と二次元ＰＳＤセンサ６との位置関係を示す図である。スリット５の形状における線対称軸８と二次元ＰＳＤセンサ６の受光面上のy軸とが一致するように取り付ける。
【００１５】
１０は前記隙間を通過した平行光である。y軸方向のスリット５と二次元ＰＳＤセンサ６との位置関係は、幅が４００μｍの平行光を、スリット５の形状の線対称軸８に対して左右均等に照射させた場合、二次元ＰＳＤセンサ６が、受光した光量の重心位置の座標G（０，１００μｍ）に相当する電圧値を出力するように、遮光板４と二次元ＰＳＤセンサ６とをとりつけた。遮光板４に設けられたスリット５と二次元ＰＳＤセンサ６とは、互いの位置関係がずれないように一体の受光ユニット９として作成した。
【００１６】
測定対象である感光ドラム１と現像スリーブ２とが長手方向に形成する隙間に対して、投光手段３により平行光を投光する。投光手段３から投光された平行光は、前記隙間に幅を規制され通過し、遮光板４に到達する。
【００１７】
図４を用いて、本実施例のおける隙間を通過した平行光と、受光ユニット９との位置関係について説明する。隙間を通過した平行光のエッジｌ１およびｌ２が、遮光板４に設けられたスリット５の線対称軸８と平行になり、また平行光が線対称軸８をまたがるように受光ユニット９をとりつけた。
【００１８】
以上の構成でＰＳＤセンサ６の出力値（受光した光の光量の重心位置の座標（xg，yｇ））から、隙間間隔を算出する原理を説明する。隙間間隔の算出する式を導出する際に用いた変数は図４に示してある。
【００１９】
測定対象の隙間間隔をＬとする。ＰＳＤセンサ６のx座標正側にあるエッジをｌ１とし、そのx座標をx1、x座標負側にあるエッジをｌ２とし、そのx座標をx2とする。また、スリット５の鋭角部の角度を２θとする。このとき、ＰＳＤセンサ６の出力値（受光した光量の重心位置の座標（xg，yｇ））と、エッジ部の座標x1およびx2との関係は以下のように求まる。
【００２０】
【数１】
2013156231.tif 000003
【００２１】
式（１）（２）を用いて、x1、x2各々について解くと、x1、x2はxg、yｇの関数となり、以下のように求まる。
【００２２】
【数２】
2013156231.tif 000004
【００２３】
隙間間隔Ｌはエッジ部の座標x1とx2との差分に相当するため
【００２４】
【数３】
2013156231.tif 000005
【００２５】
本実施例におけるθ＝４５[deg]であるため
【００２６】
【数４】
2013156231.tif 000006
【００２７】
以上で説明したように、隙間間隔Ｌは測定対象隙間とスリット５とを通過した平行光の光量の重心位置の座標xg、yｇから算出することができる。
【００２８】
本発明における隙間間隔測定手段は、二次元ＰＳＤセンサを受光素子として用いているため、データの読み出し時間が短く、応答性を高くすることが可能であり、高速に変動する隙間間隔の測定が可能になる。
【００２９】
本実施例においては、９０度の直角部を有するスリットを用いたが、直角を鋭角、あるいは鈍角に変更しても測定は可能である。その場合は、式（５）の変数θを変更することで隙間間隔の算出が可能となる。スリットの角部の角度が小さくなるほど、エッジ部の変動に対するy軸方向の重心座標yｇの変動が大きくなり、より分解能の高い測定が可能になる。
【００３０】
以上のように本発明によると、受光素子として二次元ＰＳＤセンサを用いることにより、高速で変動する隙間間隔を高い精度と応答性とを有しながら測定を行うことが可能になる。従って、例えば電子写真画像形成装置内に配置され、高速で回転する感光ドラムと現像スリーブとの間に形成される隙間間隔を測定し、隙間間隔の測定値を基にして現像スリーブの位置制御を行うことで、感光ドラムと現像スリーブとの間の隙間間隔を高い精度で均一に保つリアルタイムアクティブ制御・調整に応用展開することできる。
【符号の説明】
【００３１】
１・・・ 感光ドラム
２・・・ 現像スリーブ
３・・・ 平行光投光手段
４・・・ 遮光板
５・・・ スリット（遮光板開口部）
６・・・ 二次元ＰＳＤセンサ
７・・・ 現像剤
８・・・ スリット形状の線対称軸
９・・・ 受光ユニット
１０・・・隙間を通過した平行光
l1・・・ エッジ
l2・・・ エッジ
Ｌ・・・ 隙間間隔
Ｇ・・・ 二次元ＰＳＤセンサが検出する光量の重心点
【図１】
2013156231.tif 000007
【図２】
2013156231.tif 000008
【図３】
2013156231.tif 000009
【図４】
2013156231.tif 000010