(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送ベルトに沿って複数個配置された電子写真プロセス部によって形成された画像を前記搬送ベルトにより搬送される単一の記録媒体に順次重ね合わせて転写することにより、前記記録媒体上にカラー画像を得るカラー画像形成装置であって、前記搬送ベルトとして光透過可能のものを用い、前記搬送ベルトを照射する発光素子と、前記搬送ベルトを挟んで前記発光素子に対向した空間位置に定置されたスリットと、前記搬送ベルトおよび前記スリットを挟んで前記発光素子に対向した位置に定置された受光素子を有するカラー画像形成装置において、
前記受光素子を、前記発光素子より出射した光が前記スリットに進入する進入面から、前記受光素子の受光面が長方形の場合は該受光面の長辺（正方形の場合は一辺）に相当する距離以上、前記受光素子の受光面が円形の場合は該円形の直径に相当する距離以上、離した構成にしたことを特徴とする重ね合わせ像の位置ずれ量検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の重ね合わせ像の位置ずれ検出装置において、前記進入面から前記受光素子を離す距離を、前記受光面が長方形の場合は該受光面の長辺（正方形の場合は一辺）に相当する距離の２倍以上７倍以下、前記受光面が円形の場合は該円形の直径に相当する距離の２倍以上７倍以下、の大きさにしたことを特徴とする重ね合わせ像の位置ずれ量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー画像形成装置における各色の像間の画像位置ずれを検出するための、重ね合わせ像の位置ずれ量検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
搬送ベルトに沿って複数個配置された電子写真プロセス部によって形成された画像を前記搬送ベルトにより搬送される単一の記録媒体に順次重ね合わせて転写することにより、前記記録媒体上にカラー画像を得る電子写真方式を用いたカラー画像形成装置がある。
【０００３】
このような電子写真方式を用いた画像形成装置では、機構の寸法および駆動系に誤差があると、トナー像が本来形成される位置から外れた位置に像が形成されることとなるので、画像むらや、歪みなどが発生する。特に、記録媒体に各色画像を重ね転写する方式では、各色同士の相対的な位置ずれが問題となる。
【０００４】
つまり、このようなカラー画像形成装置では、電子写真プロセス部を構成する複数の感光体ドラムの軸間距離の誤差、各感光体ドラムの平行度誤差、光源部から感光体ドラムまで光を導く折り返しミラーなどの光学系の設置誤差、画像の書き込みのタイミング誤差などにより、本来、重ならなければならない記録媒体上の位置に各色像が重ならず、ずれた画像が形成され、色間の相対的な位置ずれは色ずれとして視覚的に目立ちやすく、画像品質を著しく低下させるという問題があり、その対策は最も難易度が高いとされている。
【０００５】
このような色ずれの原因となる誤差は、機械製造の直後に調整を行っても、作像ユニットの交換や、メンテナンス、製品の運搬などによって再び発生する他、画像形成を複数枚行った後において、各機構部が温度膨脹することによっても発生し、かつ、この誤差は経時的に変動するものであるため、より短いレンジで調整を行う必要がある。
【０００６】
このような色ずれの原因となる誤差をなくすための調整の手段として、特開平６−１８７９６号公報に開示された技術がある。この公知技術では、搬送ベルトに特定のマークをトナーによって形成し、このマークを備え付けのセンサーにより読み取り、各色の画像位置を認識し、これらの画像が転写材上で合致するように調整する。マークを検知する手段としては、ＣＣＤラインセンサーおよび集光レンズを用い、マークをＣＣＤ上に結像させてその像位置を読み取る方法を採用している。
【０００７】
この公報の開示技術では、使用するＣＣＤラインセンサーおよび集光レンズなどのコストが比較的高価であること、マークの焦点合わせのために集光レンズの調節を行わなければならない、などコスト高、操作が煩雑などの問題がある。
【０００８】
他の調整手段として、平成８年９月１８日発行の特許公報（特許番号  第２５３４７０５号）に開示の技術がある。この技術では、受光素子としてＣＣＤラインセンサーではなく、安価なＰＤ（フォトダイオード）のような、光量−電圧変換素子を用い、マークの通過によりＰＤ面に達する光量の変化によって、マークの通過時間を検知する。
【０００９】
この公報に開示されているようにマークの検知手段としてＰＤを用いる技術としては、図８に示すような構成のものがある。図８において、搬送ベルト１４は光透過可能のものを使用している。搬送ベルト１４を照射する手段としてＬＥＤからなる発光素子１６が用いられ、搬送ベルト１４を挟んで発光素子１６に対向した空間位置にスリット１７が形成されたスリット部材１７ａが定置されている。搬送ベルト１４およびスリット１７を挟んで発光素子１６に対向した位置には高価なＣＣＤラインセンサーではなく安価なＰＤからなる受光素子１８を配置している。
【００１０】
搬送ベルト１４には、複数個の各電子写真プロセス部によって形成されたマークが間隔をおいて形成される。これらのマークは実際にはブラックトナーによるマーク１９Ｋ、マゼンタトナーによるマーク１９Ｍ、イエロートナーによるマーク１９Ｙ、シアントナーによるマーク１９Ｃなどであるが、この図８の例では、代表して符号１９で示す。このマーク１９が搬送ベルト１４と共に搬送され、受光素子１８を通過するとき、マーク１９によって発光素子１６からの光が遮断される。
【００１１】
上記図８における受光素子１８の出力の変化を時間の経過とともに表した図９において、搬送ベルト１４を透過している状態での出力をＳｏのレベルとするとき、ある時点である量以上の出力低下量ΔＳが認められる。このようにある量以上の出力低下が認められたとき、マーク１９が受光素子１８上を通過したものとしてそのマークの位置を検知し、そのマークの色の画像の形成位置を認識することができる。
【００１２】
このようにして各色のマークの位置をそれぞれ認識することにより、この認識結果に基づいて、これらのマークに対応した各色の画像が記録媒体上に正しく重なるように露光開始時機を制御するなどの調節を行う。しかし、この方法を用いると４色のトナーによる各マークの遮光性の違いにより信号変化の相違が生じ、正しくマークの位置を読み取ることができない場合を生じるという不具合が起こる。
【００１３】
例えば、発光素子１６が赤色光を出射するＬＥＤの場合、図１２に示すようにブラックトナーによるマーク１９Ｋあるいはシアントナーによるマーク１９Ｃが受光素子１８上を通過するとき、出射光とマークの色とが補色の関係になるため、出射光はマーク１９Ｋ（１９Ｍ）によって十分に遮断され、図１１に示すように出力がＳｏレベルからＳk（＝Ｓc）のレベルに低下してマーク位置の検知を行うのに十分な信号コントラストを得ることができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、マークが、マゼンタトナーあるいはイエロートナーによって形成されたものである場合、発光素子１６からの赤色光とは補色の関係にならず、該マークの部位において光が遮断される率が低く、このため、受光素子１８の出力は、図１３に示すようにマークがないときの信号レベルであるＳｏよりもわずかに低い出力レベルＳY（＝ＳM）しか得られず、図１１に示したような大きな信号コントラストを得ることができないため、マークの位置を認識することが困難となる。
【００１５】
従って、発光素子１６として単一の発光源を用い、検知を行おうとすると、それぞれの色のマークによって信号レベルが異なるために、マークの色との関係で光を遮断される色の光を出射するような光源を用意しなければならず、これら複数の発光源に対応した複数の受光素子を用い、検知を行う必要があり、装置の構成を複雑にしていた。
【００１６】
この発明は、上記の問題を解消し、発光素子や受光素子の数を増やすことなく、簡単な構成により重ね合わせ像の位置ずれ量検出行う装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するため、以下の構成とした。
【００１８】
搬送ベルトに沿って複数個配置された電子写真プロセス部によって形成された画像を前記搬送ベルトにより搬送される単一の記録媒体に順次重ね合わせて転写することにより、前記記録媒体上にカラー画像を得るカラー画像形成装置であって、前記搬送ベルトとして光透過可能のものを用い、前記搬送ベルトを照射する発光素子と、前記搬送ベルトを挟んで前記発光素子に対向した空間位置に定置されたスリットと、前記搬送ベルトおよび前記スリットを挟んで前記発光素子に対向した位置に定置された受光素子を有するカラー画像形成装置において、前記受光素子を、前記発光素子より出射した光が前記スリットに進入する進入面から、前記受光素子の受光面が長方形の場合は該受光面の長辺（正方形の場合は一辺）に相当する距離以上、前記受光素子の受光面が円形の場合は該円形の直径に相当する距離以上、離した構成にした（請求項１）。
【００１９】
（２）（１）記載の重ね合わせ像の位置ずれ検出装置において、前記進入面から前記受光素子を離す距離を、前記受光面が長方形の場合は該受光面の長辺（正方形の場合は一辺）に相当する距離の２倍以上７倍以下、前記受光面が円形の場合は該円形の直径に相当する距離の２倍以上７倍以下、の大きさにした（請求項２）。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（一）この発明が適用される画像形成装置の例
この発明が適用されるカラー画像形成装置の例を図１により説明する。図１において、用紙搬送経路に沿って複数個の電子プロセス部としての画像形成部が配列されていて、記録媒体である用紙が各画像形成部を通過する度に異なった色の像が順次記録媒体上に転写され、最終的に４色の重ね合わせによるカラー像が得られる。
【００２１】
各画像形成部は、画像形成媒体として機能するドラム状のブラック用の感光体１Ｋ，マゼンタ用の感光体１Ｍ，イエロー用の感光体１Ｙ，シアン用の感光体１Ｃと、これらの感光体の周囲に配設されたブラック用の帯電装置２Ｋ、マゼンタ用の帯電装置２Ｍ，イエロー用の帯電装置２Ｙ，シアン用の帯電装置２Ｃ、ブラック用の現像装置３Ｋ，マゼンタ用の現像装置３Ｍ，イエロー用の現像装置３Ｙ，シアン用の現像装置３Ｃなどから構成されている。
【００２２】
レーザースキャナー８はレーザー光源からのレーザービームをポリゴンスキャナー９で反射させ、さらに、各ｆθレンズ１０Ｋ、１０Ｍ、１０Ｙ、１０Ｃや各偏向ミラー１１Ｋ、１１Ｍ、１１Ｙ、１１Ｃで光路を折り曲げて各感光体１Ｋ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｃに導き、各感光体の表面を露光するようになっている。
【００２３】
このレーザースキャナー８においては、ポリゴンスキャナー９が回転することにより、各感光体の軸方向にレーザービームが移動して主走査が行われ、各感光体の回転により、各感光体の軸方向と直交する方向に副走査が行われる。
【００２４】
カラー画像の形成に際しては、あらかじめ、カラー画像読み取り装置６で得られた色分解画像信号は、その強度レベルをもとにして画像処理部７で色変換処理を受け、ブラック、マゼンタ、イエロー、シアンのカラー画像データに変換されている。
【００２５】
先ず、各感光体１Ｋ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｃの表面は、暗中にて帯電装置３Ｋ、３Ｍ、３Ｙ、３Ｃなどにより一様に帯電された後、露光装置としてのレーザースキャナー８において画像処理部７から出力された画像データにより変調されたレーザービームが出力されて、このレーザービームにより露光され、各感光体の表面に静電潜像が形成される。
【００２６】
この静電潜像が各現像装置３Ｋ、３Ｍ、３Ｙ、３Ｃで現像されることによって各色のトナー像が形成され、これらのトナー像が記録媒体上に重ね転写されてカラー像が得られる。転写後の記録媒体は排紙部１５に送り出される。記録媒体上に転写の後、各感光体１Ｋ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｃ上に残ったトナーは各感光体に対応して設けられたクリーニング装置５Ｋ、５Ｍ、５Ｙ、５Ｃにより除去されて次の画像形成を行う準備が整えられる。
【００２７】
上記において、各色の画像の位置合わせは、給紙部１２から送り出された記録媒体この例では記録用紙がレジスト部１３から搬送ベルト１４によって各色の転写位置に搬送されるタイミングと、各感光体１Ｋ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｃ上のトナー像が転写位置に移動されるタイミングとが各色のトナー画像について全て一致するように露光開始時間を設定することによって行われる。
【００２８】
（二）請求項１記載の発明の例
図１に示したカラー画像形成装置において、搬送ベルト１４は光透過可能のものであり、この搬送ベルト１４を照射するＬＥＤからなる発光素子１６と、搬送ベルト１４を挟んで発光素子１６に対向した空間位置に定置されたスリット部材１７ａに形成されたスリット１７と、搬送ベルト１４およびスリット１７を挟んで発光素子１６に対向した位置に定置されたＰＤからなる受光素子１８などを有している点は、前記図８、図１０、図１２における例と同じである。
【００２９】
ここで、搬送ベルト１４上のマークがスリット１７を通過していないときと、通過しているときの発光素子１６からの出射光の変化についてもう少し詳細に説明する。図２に示すように搬送ベルト１４上のマークがスリット１７を通過する前の状態では、発光素子１６からの出射光はその殆どが転写ベルト１４を透過してスリット１７を通過する。そしてこの通過した光の大部分は図示されるように鉛直方向に進む。したがって、受光素子１８の出力は図３に示すように時間の経過があってもＳｏのレベルで一定である。
【００３０】
これに対し、図４に示すようにマーク１９がスリット１７を通過する場合には、発光素子１６からの出射光のある量は符号▲１▼で示すようにマーク１９の表面において完全に反射するため搬送ベルト１４を透過しない。また、ある量は符号▲２▼で示すようにマーク１９のトナーに吸収される。さらにある量は符号▲３▼で示すように鉛直方向に直進してスリット１７と通過して受光素子１８に達する。また、ある量は、符号▲４▼で示すように散乱して方向を変え、スリット１７と通過するものの、受光素子１８には至らない。このような各種の光の要素を考えたとき、スリット１７を通過する光は、符号▲３▼と▲４▼で示した光である。
【００３１】
発光素子１６が赤色光を出射するＬＥＤである場合、マーク１９がブラックトナーであるとき、あるいはシアントナーからなるとき、赤色光を吸収する性質があるため符号▲２▼で示す吸収される光が大部分を占め、透過する符号▲３▼、▲４▼で示す光は少なくなる。つまり、光の透過量は減少する。
【００３２】
これに対し、マーク１９がマゼンタトナーであるとき、あるいはイエロートナーであるときには、これらの色が赤色光を吸収しにくいため、トナーに吸収され符号▲２▼で示す光の量は少なく、透過する光である▲３▼、▲４▼の総和はマークが通過していないとき（図２参照）にスリット１７に達する光に比べてあまり減少しないでスリット１７と通過することとなる。
【００３３】
図１０、図１２に示すように受光素子１８がスリット１７（スリット部材１７ａ）に非常に近い場合、スリット１７の通過光である▲３▼、▲４▼の光を受光するため、光があまり遮断されないマゼンタトナーやイエロートナーによるマークの場合、図１３に示すように、マークが通過しないときのレベルＳｏと比べてマーク部分の信号レベルＳY（＝ＳM）があまり低下せず、変化量が小さいため、マークの検知が困難である。
【００３４】
そこで、請求項１にかかる発明では、受光素子１８をスリット１７からある一定量離した構成にすることとした。つまり、図４において、受光素子１８を、発光素子１６より出射した光がスリット１７に進入する進入面（スリット部材１７ａの発光素子１６側の表面）から、受光素子１８の受光面が長方形の場合は該受光面の長辺（正方形の場合は一辺）に相当する距離以上、受光素子１８の受光面が円形の場合は該円形の直径に相当する距離以上、離した構成にすることとした。
【００３５】
このように受光素子１８の受光面がスリット１７から離れた位置にあると、符号▲３▼で示す光は受光素子１８の受光面に到達するものの、符号▲４▼で示す散乱光のは拡散しているため、受光素子１８の受光面には到達せず受光面のまわりを通過することとなる。
【００３６】
このため、図４に示す構成の受光素子１８の出力は▲３▼の要素の光に対するものだけとなり、出力レベルとしては、イエロートナーのマークやマゼンタトナーのマークに対しても、かなり減少することとなる。したがって、図５に示すように出力がＳｏレベルからＳY（＝ＳM）のレベルに低下してマーク位置の検知を行うのに十分な信号コントラストを得ることができる。
【００３７】
ここで、図４において、受光素子１８とスリット１７間の距離Ｌと受光素子１８の受光面の一辺ａとの比Ｌ／ａの変化に応じて、出力低下量ΔＳの変化量を測定した実験結果を図６に示す。この実験では、受光素子１８の受光面の大きさを１．３ｍｍ×１．３ｍｍの正方形のものを使用した。ここで、出力低下量ΔＳは所謂信号コントラストのことで、マーク非通過時の信号レベルＳｏとマーク通過時の各信号レベルとの差である。マーク非通過時の信号レベルＳｏとブラックトナーのマークについてのマーク通過時の信号レベルＳKとの差について、Ｌ／ａの変化に対する変化の特性を符号Ｋで示す。同様にマゼンタトナーのマークについての特性を符号Ｍで、イエロートナーのマークについての特性を符号Ｍで、同様にシアントナーのマークについての特性を符号Ｃでそれぞれ示す。
【００３８】
先ず、ブラックトナーによるマークおよびシアントナーによるマークについては、ほぼ同じような特性の傾向を示し、符号Ｋおよび符号Ｃで示すように、Ｌ／ａの変化には殆ど依存せずにほぼ定量のΔＳの値が得られている。これに対してイエロートナーによるマークおよびマゼンタトナーによるマークについては共に同じような傾向の特性を示し、Ｌ／ａが０のときには殆どΔＳの値が得られていない、つまり、信号コントラストがないが、Ｌ／ａが大きくなるにしたがってΔＳの値が増加する傾向を呈し、距離Ｌが受光素子ＰＤの受光面の一辺の約３倍以上となるＬ／ａ＝３近傍の領域で飽和する。
【００３９】
図６に示す特性から、受光素子１８からスリット１７までの距離が信号コントラストについて重要な制御因子となることが認められる。実験の結果より、最低でも、図６に示す（イ）矢視の領域、つまり、受光素子１８の受光面の一辺の１倍以上の距離を離さなければ検知が困難であることが分かった。これは、正方形の受光面の一辺に相当する距離以上、受光素子１８をスリット部材１７ａの発光素子１６側の面から離間させることにより、ブラック、シアンのトナーによるマークはもとより、マゼンタ、イエローのトナーによるマークについても、検知することが可能であることが分かった。
【００４０】
図６に示すような特性は受光面が長方形の場合や、円形の場合についても同じように考えることができることから、受光面が長方形の場合には長辺（正方形の場合には一辺）に相当する距離以上、受光面が円形の場合には直径に相当する距離以上、離した構成とすることにより、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各トナーによるマークについて、検知が可能であるといえる。このような距離を離すことにより、散乱光が受光面に到達しないので、どの色のマークについても、受光素子よりコントラストの高い信号を得ることができる。
【００４１】
なお、図７に示すようにスリット部材１７ａ’の厚さが大きい部材では、受光素子１８の上面をスリット部材１７ａ’の下面に突き当てた構成において、図４に示した符号▲４▼で示す散乱光がスリット１７’の厚み部分の壁部により遮断されるため、受光素子１８への受光はなされなくなることから、図４に示すように薄いスリット部材１７ａを使用したときでも、正方形受光面の一辺あるいは長方形受光面の長辺、あるいは円形受光面の直径に相当する距離以上離した場合と同様なマークの検知特性を得ることができる。もちろん、この場合でも正方形受光面の一辺あるいは長方形受光面の長辺、あるいは円形受光面の直径に相当する距離以上離すことが条件となる。また、スリットの壁部において散乱光を遮断するためには、散乱光を壁部に吸収させる必要があるので、スリットの壁部は黒色とすることも必要な条件となる。
【００４２】
（三）請求項２記載の発明の例
上記において、図６により受光面が長方形の場合には長辺（正方形の場合には一辺）に相当する距離以上、受光面が円形の場合には直径に相当する距離以上、進入面から受光面までの距離を離した構成とすることにより、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各トナーによるマークについて、検知が可能であることを説明したが、このような条件を満足しても、距離Ｌがあまり大きくなりすぎると、今度は発光素子１６からの発光光が受光素子の受光面へ到達する際の光強度が下がり、信号コントラストも下がってしまうことから、受光素子１８と進入面（図４におけるスリット部材１７ａの上面）との距離をどのくらいに設定するべきかが問題となる。
【００４３】
閾値の設定、トナーによるマークの濃さのばらつき、受光素子１８の検知のばらつきの程度によって下限値がわりだされる。また、発光素子１６と受光素子１８との間の距離は長いと信号強度が落ちるのでなるべく短く設定したい。この要請から上限値を求めることができるはずである。上限値は発光素子１８、受光素子１８など各素子の組合せにより多少の違いがあるであろうが、代表的な素子で測定を行った結果、受光面の一辺の２倍以上（図６において（ロ）で示す領域）、７倍以下（図６において（ハ）で示す領域）で良好な結果が得られることが分かった。他の素子の組合せにおいても、この値から大きく外れることはないものと考える。
【００４４】
このように、進入面から受光素子を離す距離を、受光面が長方形の場合は該受光面の長辺（正方形の場合は一辺）に相当する距離の２倍以上７倍以下、受光面が円形の場合は該円形の直径に相当する距離の２倍以上７倍以下の大きさにすることにより、最も大きな信号コントラストを得ることができる。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明では、受光素子と進入面との距離を一定量離した構成とすることによって、単一の発光源で全ての色のマークを検知することが可能となり、画像の位置ずれ検知を低コストで行うことができる。
【００４６】
請求項２記載の発明では、最も大きな信号コントラストを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に適するカラー画像形成装置の一例を説明した図である。
【図２】搬送ベルトの透明部がスリットを通過しているときの受光素子への光の入射状態を説明した図である。
【図３】図２に示す状態における受光素子の出力特性を説明した図である。
【図４】搬送ベルト上に形成されたトナーによるマークがスリット上にあるときの受光素子への光の入射状態を説明した図である。
【図５】マーク位置の検知を行うのに十分な信号コントラストを得ることができるときの受光素子の出力特性を説明した図である。
【図６】Ｌ／ａと信号コントラストとの関係を示した図である。
【図７】スリット部材の厚さがある程度厚い場合の受光素子への光の入射状態を説明した図である。
【図８】搬送ベルトを間にして配置された発光素子、受光素子、スリットなどの関係を説明した図である。
【図９】図８に示した構成において、受光素子の出力特定を説明した図である。
【図１０】受光素子がスリットに近接配置されている場合であって、マークがブラックあるいはシアンの場合の受光素子への光の入射状態を説明した図である。
【図１１】図１０に示した構成の場合の受光素子の出力特性を説明した図ある。
【図１２】受光素子がスリットに近接配置されている場合であって、マークがイエローあるいはマゼンタの場合の受光素子への光の入射状態を説明した図である。
【図１３】図１２に示した構成の場合の受光素子の出力特性を説明した図ある。
【符号の説明】
１４  搬送ベルト
１６  発光素子
１８  受光素子
１９  マーク
１９Ｋ  ブラックトナーによるマーク
１９Ｍ  マゼンタトナーによるマーク
１９Ｙ  イエロートナーによるマーク
１９Ｃ  シアントナーによるマーク
【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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【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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