画像情報検出装置及びそれを有する画像形成装置
【課題】 照明光学系の球面収差の状態を考慮することにより照明領域中心部及びその近傍の照明光量を大きくすることができ、検出信号のＳ／Ｎ比を向上させ位置検出用のパターン像を高精度に検出することができる画像情報検出装置を得ること。
【解決手段】 光源手段から出射した光束で、搬送されてくる像担持体の面を照射する照明光学系と、該像担持体の面に形成されている画像を介した光を受光する受光光学系と、受光光学系で得られる信号より該像担持体に形成された画像の画像情報を求める演算手段とを有する画像情報検出装置において、該照明光学系の光学面は球面又は球面と平面より成り、像担持体の面と平行である理想結像面、像担持体の面と平行な面である近軸結像面の該像担持体の面に対して垂直方向の相対的距離をΔとするとき、該像担持体の面が該理想結像面の位置に対し±０．５Δの範囲内に位置するように配置されていること。
【解決手段】 光源手段から出射した光束で、搬送されてくる像担持体の面を照射する照明光学系と、該像担持体の面に形成されている画像を介した光を受光する受光光学系と、受光光学系で得られる信号より該像担持体に形成された画像の画像情報を求める演算手段とを有する画像情報検出装置において、該照明光学系の光学面は球面又は球面と平面より成り、像担持体の面と平行である理想結像面、像担持体の面と平行な面である近軸結像面の該像担持体の面に対して垂直方向の相対的距離をΔとするとき、該像担持体の面が該理想結像面の位置に対し±０．５Δの範囲内に位置するように配置されていること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像情報検出装置及びそれを有する画像形成装置に関し、例えば電子写真方式や静電記録方式などを応用した複写機やプリンター、あるいはファクシミリ等のカラー画像形成装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
多色の画像を得る為の画像形成装置では、複数の画像形成部において互いに異なった色の画像を形成している。そして搬送ベルトのごとき搬送手段によって搬送された紙上に各色の画像を重ねて転写し多色の画像形成を行っている。
【０００３】
この方式では各色の画像形成部の状態（作動状態）が異なる。このため、最終的に形成される多色の画像において、各色に色の濃度差が生じて期待した色の画像が出力されなかったり、各色の画像を重ねるとき重なりずれが生じることがあった。良好な多色の画像を得るためには、各色の画像の濃度や重なりずれを精度良く管理することが重要になっている。従来より多色の画像を得る画像形成装置では、画像情報検出装置を設置し、形成画像（パターン像）の濃度や位置情報等の画像情報を検出し、各色毎に濃度や位置ずれを補正することが行われている。
【０００４】
この画像情報検出装置では転写ベルトである像担持体上に描写された位置検出用パターン像の画像情報を検出する。具体的には光源手段の発光面から放射された光束を集光部と照明レンズで集光し、防塵ガラスを介して像担持体上の位置検出用パターンを照明している。そして、像担持体とその上に描写されたパターン像からの散乱光を、絞り、結像レンズを介して受光手段で検出している。受光手段で検出された検出信号に従い各色の画像を出力すべく画像形成部（画像形成手段）を制御している。
【０００５】
高精度な多色の画像を得るためには、位置検出用パターン像の画像情報を高精度に検出することが重要になってくる。一般にこのときの検出の精度を悪化させる原因の一つに、検出信号のノイズがある。検出信号のＳ／Ｎ比を向上させる一手段として、受光手段で得られる光束の受光光量を大きくする方法がある。従来より照射面である像担持体をケーラー照明することで、パターン像からの正反射光の受光光量を大きくし、Ｓ／Ｎ比を向上させる構成を有した画像情報検出装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−０５５５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の画像情報検出装置では、像担持体（記録部材）上のパターン像からの散乱光の内、正反射光成分を主に受光している。このため、パターン像からの散乱光全体の受光光量は少ない。そのため、パターン像の散乱光全体を受光し、かつ受光光量を大きくして、Ｓ／Ｎ比を向上させることが難しい。
【０００８】
一般的に画像情報検出装置に用いられる照明光学系と受光光学系は、それらの光軸が像担持体である照射面上で交わるように配置されている。このため、その照射面上の交点近傍の照明光量が大きいほど散乱光の受光光量は大きくなる。この原理を利用して検出信号のＳ／Ｎ比を向上させる照明手法として、照明領域中心部の照明光量を大きくすることができるクリティカル照明がよく知られている。しかしながらクリティカル照明においては照明光学系に球面収差があると光束径が増大し、照明領域中心部の照明光量が低下してくる。このため照射面上で球面収差が発生する照明光学系を用いるときには球面収差の発生状態を考慮した構成が必要となってくる。
【０００９】
本発明は、照明領域中心部及びその近傍の照明光量を大きくすることができる。そして検出信号のＳ／Ｎ比を向上させ位置検出用のパターン像とパターン像の濃度を高精度に検出することができる画像情報検出装置及びそれを有する画像形成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の画像情報検出装置は、光源手段と、該光源手段から出射した光束で、搬送されてくる像担持体の面を照射する照明光学系と、該像担持体の面に形成されている画像を介した光を受光する受光光学系と、
該受光光学系で得られる信号より該像担持体に形成された画像の画像情報を求める演算手段とを有する画像情報検出装置において、該照明光学系の光学面は球面又は球面と平面より成り、像担持体の面と平行であって、
該照明光学系からの光束のうち比例領域内の光線が集光する光束の径が像担持体の搬送方向と垂直な方向において最小となる位置にある面を理想結像面とし、像担持体の面と平行な面であって、該照明光学系の近軸光線が結像する該像担持体の面に対して垂直方向の位置にある面を近軸結像面とし、該理想結像面と該近軸結像面の該像担持体の面に対して垂直方向の相対的距離をΔとするとき、該像担持体の面が該理想結像面の位置に対し±０．５Δの範囲内に位置するように配置されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、照明光学系の球面収差の状態を考慮する。これにより照明領域中心部及びその近傍の照明光量を大きくすることができ、検出信号のＳ／Ｎ比を向上させ位置検出用のパターン像とパターン像の濃度を高精度に検出することができる画像情報検出装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の画像情報検出装置の実施例１の要部副走査断面図
【図２】図１の一部分の照明光学系の光路図
【図３】実施例１において光源出射角度θと集光部出射面への光束の到達位置の光軸からの動径距離Ｄとの関係を示す説明図
【図４】実施例１において光源出射角度θと集光部出射面からの光束の出射角度φとの関係を示す説明図
【図５】実施例１において集光部出射面への光束の到達位置の光軸からの動径距離Ｄと集光部出射面からの光束の出射角度φとの関係を示す説明図
【図６】図１において比例領域内光線の光路図と比例領域外光線の光路図
【図７】実施例１において集光部出射面への光束の到達位置の光軸からの動径距離Ｄと結像位置ｈとの関係を示す説明図
【図８】実施例１において照射面位置Ｌと光束径ｗを示した光路図
【図９】実施例１において照射面位置Ｌと光束径ｗとの関係を示す説明図
【図１０】本発明の実施例２に係る照明光学系の光路図
【図１１】実施例２において光源出射角度θと集光部出射面への光束の到達位置の光軸からの動径距離Ｄとの関係を示す説明図
【図１２】実施例２において集光部出射面への光束の到達位置の光軸からの動径距離Ｄと結像位置ｈとの関係を示す説明図
【図１３】実施例２において照射面位置Ｌと光束径ｗとの関係を示す説明図
【図１４】本発明の画像情報検出装置の実施例３の要部副走査断面図
【図１５】実施例３の照明光学系の光路図
【図１６】実施例３において光源出射角度θと集光部出射面への光束の到達位置の光軸からの動径距離Ｄとの関係を示す説明図
【図１７】図１５において比例領域の光路図と比例領域外の光路図
【図１８】実施例３において集光部出射面への光束の到達位置の光軸からの動径距離Ｄと結像位置ｈとの関係を示す説明図
【図１９】実施例３において照射面位置Ｌと光束径ｗを示した光路図
【図２０】実施例３において照射面位置Ｌと光束径ｗとの関係を示す説明図
【図２１】本発明に係るデジタルカラー複写機の要部概略図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。本発明の画像情報検出装置は、光源手段３１と、光源手段３１から出射した光束で搬送されてくる像担持体（転写ベルト）３４の面を照射する照明光学系Ｓ１と、像担持体の面に形成されている画像を介した光を受光する受光光学系Ｓ２とを有している。更に受光光学系Ｓ２で得られる信号より像担持体３４に形成された画像３４ｂの画像情報（位置情報と濃度情報）を求める演算手段１０１とを有している。
【００１４】
［実施例１］
図１は本発明のカラー画像形成装置に用いられる画像情報検出装置の副走査断面内の要部概略図である。本発明の画像情報検出装置はカラー画像形成装置以外の多色の画像形成装置にも用いられる。図１を用いて、画像情報検出装置の構成を説明する。
【００１５】
３１は照明手段（光源手段）（光源）でありＬＥＤ光源より成っている。光源３１の発光面３１ａは、一辺が０．３５ｍｍの正方形である。発光面３１ａはランバート分布型の発光光量分布を持つ。３１ｂは発光部３１ａを内包し、発光面３１ａからの光束を集光する光源集光部（樹脂より成る樹脂レンズ）である。３３は光学素子であり、同一材質から成る照明光学系Ｓ１の一部としての照明レンズ３３ａと受光光学系Ｓ２の一部としての結像レンズ３３ｂとを一体成形より製造されている。照明光学系Ｓ１を構成する光源集光部１ｂと１枚の正レンズ３３ａは光軸回転対称な球面、非球面、平面等の形状より成っている。
【００１６】
ここで、照明光学系Ｓ１の光軸Ｌａとは、発光面３１ａの中心位置から、発光面３１ａに対して垂直な方向に出射した光線の光路を指す。３４は各色のトナーから成る位置検出用のパターン像（画像）３４ｂを搬送する、像担持体としての転写ベルトである。３５は、受光光学系Ｓ２の一部で、結像レンズ３３ｂからの光束を制限する絞りである。３６は、受光手段としての受光素子である。受光素子３６の受光面３６ａは、一辺が１ｍｍの正方形である。３４ａは像担持体３４の照射面（面）である。
【００１７】
図１において、転写ベルト３４に垂直な方向をＸ方向、紙面に平行でＸ方向と垂直な方向をＹ方向、紙面に垂直な方向をＺ方向とする。Ｙ方向は画像形成装置の主走査方向、Ｚ方向は画像形成装置の副走査方向であり、パターン像３４ｂが形成される転写ベルト３４の搬送方向である。発光面３１ａから出射した光束は、光源集光部３１ｂと照明レンズ３３ａによって集光され、転写ベルト３４の照射面３４ａ上を照明する。このとき、光源３１から出射した光束の主光線Ｐａは、照射面３４ａである転写ベルト３４面に対して垂直に入射する。転写ベルト３４面上のパターン像３４ｂによって散乱した光は、結像レンズ３３ｂによって集光され、絞り３５により光束を制限されて、受光素子３６によって受光される。
【００１８】
転写ベルト３４がパターン像３４ｂを搬送するに従って、受光素子３６で受光される受光光量が変化する。このときの受光光量の検出信号から、各色の画像に対応するパターン像３４ｂの形成位置を演算手段１０１で検出し、画像形成時（各色の画像を重ね合わせるとき）の制御を行う。パターン像３４ｂの形成位置を検出し、予め設定した基準位置からの形成位置ずれを算出するに当たっては、検出信号のノイズの発生が問題となる。Ｓ／Ｎ比を向上させる方法として、受光素子３６で受光する受光光量を上げる（増やす）方法がある。
【００１９】
本実施例では、照明光学系Ｓ１と受光光学系Ｓ２の光軸が照射面３４ａにおいて交点を持つ光学配置をしている。そのため、その照射面３４ａ上の交点近傍の照明光量が大きいほど、受光素子３６で受光する受光光量も大きくなる。本実施例の照明光学系Ｓ１ではこのことを利用し受光光量を上げるため、照射面３４ａの照明領域中心部の照明光量が大きくなるクリティカル照明の光学配置をとっている。
【００２０】
ここで、これまで述べてきた、「照明領域中心部」について定義する。照明領域の中心は照射面３４ａにおける光軸Ｌａ上の光線の到達位置を指す。「照明領域中心部」は照明領域の中心の近傍を意味するが、本明細書内では、特に、主走査方向（Ｙ方向）の照明領域中心の近傍を指す。以下にその理由を述べる。
【００２１】
通常、画像情報検出装置をカラー画像形成装置内にコンパクトに配置するため、光源３１から転写ベルト３４を経由して受光素子３６に向かう光路（光路断面）が、主走査方向（Ｙ方向）に平行となるようにしている。そのため、照明光の主走査方向の光量分布の方が、副走査方向の光量分布よりも、受光素子３６で受光される受光光量に対して敏感となる。このことから、「照明領域中心部」とは、主走査方向における照明領域中心の近傍と定義する。
【００２２】
次に主走査方向における光源３１から出射された光線の光路について説明する。図１における照明光学系Ｓ１の光路を図２に示す。図２は照射面３４ａ近傍について拡大図を示している。図２の光路より、照射面３４ａである転写ベルト３４面上で照明光学系Ｓ１に球面収差が発生していることがわかる。
【００２３】
本実施例では、光源集光部３１ｂと照明レンズ３３ａの表面３３ａａが凸形状の球面で、裏面３３ａｂが平面である。このため、照明光学系Ｓ１の集光部の光学面が、球面と平面のみで構成されている。照射面３４ａ上での球面収差は、この構成のために生じる。
【００２４】
図２に示した照明光学系Ｓ１において、照明レンズ３３ａの裏面３３ａｂが照明光学系Ｓ１における光路の集光部出射面３３ａｂとなる。図３に、発光面３１ａからの光線の光源出射角度θを横軸、集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄを縦軸に取ったグラフを示す。ここで、動径距離Ｄの基準となる光軸Ｌａは、集光部出射面３３ａｂからの出射後の光軸である。図３より、光線の光源出射角度θと、集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄにおいて、略比例関係が成り立つ領域が光軸Ｌａ近傍に存在することがわかる。光源出射角度θに対する集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄが光軸Ｌａから軸外に向かって最初の極値となるまでの領域を「比例領域」と定義する。比例領域は、照明光学系Ｓ１の集光部が球面又は平面のみで構成された照明光学系において、必ず生じる。
【００２５】
また、図４は、発光面３１ａからの光線の光源出射角度θを横軸、集光部出射面３３ａｂからの光束の出射角度φを縦軸に取ったグラフである。ここで、集光部出射面３３ａｂからの光束の出射角度φは集光部出射面３３ａｂからの出射後の光軸Ｌａからの角度である。図４より、比例領域において、光源出射角度θと集光部出射面３３ａｂからの光束の出射角度φに略比例関係が成り立つことがわかる。
【００２６】
これらのことを踏まえて、図５に、集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄを横軸、集光部出射面３３ａｂへの光束の出射角度φを縦軸にとったグラフを示す。図５より、比例領域において、集光部出射面３３ａｂからの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄと集光部出射面３３ａｂからの光束の出射角度φに略比例関係が成り立つことがわかる。このときの光線を比例領域内光線とは次のとおりである。集光手段の出射面到達光束の中でも、照射面上の画像搬送方向と垂直な方向において、光源出射角度に対する集光手段出射面到達位置の（集光手段出射後）光軸からの動径距離が光軸から軸外に向かって最初の極値となるまでの光線と定義する。この関係のため、比例領域内光線は、結像位置に特徴を生じる。比例領域内光線の特徴を示すために、図６（Ａ）、（Ｂ）に、比例領域内光線の光路図と、比例領域外光線の光路図を示す。
【００２７】
また、図７に、集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄと光軸方向の光束の結像位置ｈとの関係を示す。ここで結像位置ｈは、近軸光線が結像する近軸像面（光軸近傍の光束の結像面）の位置を原点としている。図７より、比例領域内光線には、結像位置ｈと集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄについて、光軸Ｌａを中心軸として略比例関係が成り立つことがわかる。つまり、比例領域内光線は、集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄが大きいほど、大きい角度で光軸方向の光源３１側に結像する。また集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄが小さいほど、小さい角度で光軸方向の光源３１と反対側に結像する。
【００２８】
一方、図６（Ａ）、（Ｂ）より、比例領域外光線には、比例領域内光線のような結像位置ｈと集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄとの略比例関係がないことがわかる。本実施例ではこれらのことを踏まえて、照明領域中心部の照明光量が大きくなる光学配置をとっている。
【００２９】
集光部出射面３３ａｂに到達する比例領域内光線と比例領域外光線の光源出射角度θの範囲を表１に示す。表１より、比例領域内光線は比例領域外光線に比べて、光源出射角度θが小さい光線であり、且つより広い範囲の光源出射角度θの光線から構成されていることがわかる。通常の光源では、光源出射角度θが小さいほど光線の光強度が大きく、光線本数が多い程全体の光量は大きくなるので、比例領域内光線の方が比例領域外光線よりも、光量が大きい。また、先に述べたように、比例領域外光線には結像位置ｈと集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄとの略比例関係がない。このため、照射面３４ａの位置による照明光量の変化は小さい。
【００３０】
更に、一般的な照明光学系について論じると、比例領域外光線は光束を広げる要因となりやすく、絞り等により遮蔽されることが多いため、考慮する必要性は更に低くなる。これらのことから、最も照明領域中心部の照明光量が大きい光学配置を考えるに当たって、比例領域外光線は近似的に考慮する必要がなく、比例領域内光線のみを考えればよい。
【００３１】
そこで、比例領域内光線における、最も照明領域中心部の照明光量が大きい光学配置を設定する。比例領域内光線による照明領域中心部（Ｙ方向）の照明光量が最も大きい光学配置とは、転写ベルト３４に対して垂直な断面内（ＸＹ断面内）において、比例領域内光線の光束の光束径が最小となる位置Ｌに照射面３４ａを配置することである。このときの位置を「理想結像位置」と定義する。また転写ベルト３４の面と平行であって、理想結像位置に相当する面を「理想結像面」という。これらのことから、理想結像面の位置に転写ベルト３４を配置した配置が、最も照明領域中心部の照明光量が大きい光学配置となる。
【００３２】
図２に示した照明光学系Ｓ１の比例領域内光線による光束の、転写ベルト３４の搬送方向（Ｚ方向）に垂直な方向（Ｙ方向）の光束径ｗを考える。ここで、光束径ｗは比例領域内光線の光束の光束径であり、照射面３４ａの位置１、２、３に応じて変化する。図８はこの様子の説明図である。図９は、照射面３４ａの位置を横軸、光束径ｗを縦軸に取った説明図である。ここで、照射面３４ａの位置Ｌの原点は、図２に示した照明光学系Ｓ１の照射面３４ａであり、設計上の面とする。図９から、理想結像位置Ｌｏを照射面とした配置の方が、近軸結像位置（光束近傍の光束が結像する位置）Ｌｃを照射面とした配置より、光束径が小さくなり、照明領域中心部の照明光量が大きい光学配置となることがわかる。照明領域中心部の照明光量が大きいことは、即ち受光光量を大きくし、検出信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。これまでの議論で、理想結像位置Ｌｏの近傍を照射面とする配置は、照射面上で球面収差が発生する照明光学系において、照明領域中心部の光量を上げるという利点があることを説明した。
【００３３】
以下に、本発明の有効な照射面の範囲について説明する。近軸結像位置Ｌｃを照射面とする配置に対して、理想結像位置Ｌｏを照射面とする配置の、比例領域内光線の光束径の差を本実施例による改善と考える。そして、改善率が５０％を超えた配置において、本発明の効果があると考えることができる。
【００３４】
ここで、図９より、理想結像位置Ｌｏと近軸結像位置Ｌｃの間に照射面が配置された場合、照射面の位置と比例領域内光線の光束径には、略比例関係がある。このことから、理想結像位置（理想結像面）Ｌｏと近軸結像位置（近軸結像面）Ｌｃの間隔（照射面３４ａに対し垂直方向の相対的距離）をΔとし、
理想結像位置±０．５Δ
の領域を照射面とする光学配置を本実施例において有効な範囲とする。ここで符号は理想結像位置に対して照明光学系Ｓ１側を（−）側、逆側を（＋）側とする。
【００３５】
集光部出射面３３ａｂに対して垂直な方向（Ｘ方向）において、集光部出射面３３ａｂから理想結像位置Ｌｏまでの距離をＤＬｏとする。集光部出射面３３ａｂから近軸結像位置Ｌｃまでの距離をＤＬｃとする。集光部出射面３３ａｂから像担持体３４の面３４ａまでの距離をＤＬｐとすると、
Δ＝｜ＤＬｃ−ＤＬｏ｜
より、
ＤＬｏ−０．５｜ＤＬｃ−ＤＬｏ｜≦ＤＬｐ≦ＤＬｏ＋０．５｜ＤＬｃ−ＤＬｏ｜
が成り立つ光学配置が、本実施例において有効な範囲となる。
【００３６】
本実施例の場合、図９から明らかのようにΔは
Δ＝１．４５ｍｍ
より、
±０．５Δ＝±０．７３ｍｍ
である。照射面位置Ｌの理想結像位置Ｌｏに対するずれ
｜０−ＤＬｏ｜＝０．３５ｍｍ
より、本実施例の有効な範囲内である。
【００３７】
本実施例の効果をより享受するためには、改善率が７０％を超えた配置が望ましい。
このことから、理想結像位置±０．３Δの領域を照射面とする光学配置を本実施例の「より有効な範囲」とする。つまり、
ＤＬｏ−０．３｜ＤＬｃ−ＤＬｏ｜≦ＤＬｐ≦ＤＬｏ＋０．３｜ＤＬｃ−ＤＬｏ｜
が成り立つ光学配置が、本実施例のより有効な範囲となる。
【００３８】
本実施例の場合、
±０．３Δ＝±０．４４ｍｍ
で、像担持体３４の位置の理想結像位置Ｌｏに対するずれ
ＤＬｐ−ＤＬｏ＝０．３５ｍｍ
より、本実施例のより有効な範囲内である。このため、本実施例の効果が大きい配置となっている。
【００３９】
これまで、発光面３１aの中心部からの光線のみを扱って議論を進めており、発光面３１aの周辺部からの光線について言及していなかった。しかし、本実施例のように、発光面３１ａの大きさに対して、光源３１から集光部入射面３３ａａまでの距離が十分大きい場合は次のようになる。即ち、照射面３４ａの位置に対する比例領域内光線の照射面上の光束径ｗの変化が、発光面中心部からの光線と発光面周辺部からの光線で近似的に等しいと考えることができる。つまり、周辺部からの光線についてもこれまでと同様の議論を適用できるので、発光面全域を考慮した場合でも、これまでの議論と同様の結果となる。そのため、これまでの議論で、発光面の周辺部からの光線も考慮した説明がなされている。このことは、実施例１に限らず、後述する実施例２及び実施例３についても同様であるため、実施例２及び実施例３では言及を省略する。最後に、実施例１の照明光学系Ｓ１の特性値を表２に示す。なお、これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００４０】
［実施例２］
次に、本発明の実施例２について説明する。尚、上記実施例１と異なる点を中心に説明する。本実施例では、実施例１の照明光学系Ｓ１の光学配置において、照明レンズ３３aの手前に、光束径を制限する絞り３２を配置した構成となっている。また、実施例１の照明光学系の光学配置に対して、照射面の位置が光軸方向に１ｍｍ移動している。これらの二点が実施例１との主たる相違点である。以後、実施例１と同様に主走査方向の光路について説明する。
【００４１】
図１０は、本発明の実施例２の照明光学系Ｓ１の光路図である。図１０には、照射面３４ａの近傍について拡大図を示す。図１０より、転写ベルト３４面上で球面収差が発生していることがわかる。この起因は、実施例１と同様である。図１１は実施例１と同様に、光線の光源出射角度θを横軸、集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄを縦軸に取った説明図である。図１２は集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄを横軸、光軸Ｌａ方向の結像位置ｈを縦軸に取った説明図である。図１１、図１２に示す動径距離Ｄの基準となる光軸Ｌａは、集光部出射面３３ａｂ後の光軸である。図１１と図１２より、集光部出射面３３ａｂに到達する光線の全ての光線が比例領域内光線となることがわかる。また、図３と図１１の比較から、絞り３２によって光束が制限されたことにより、比例領域内光線が実施例１に対して減少したことがわかる。
【００４２】
絞り３２が光束を制限することで、比例領域外光線が存在しなくなり、比例領域内光線が減少したことが、実施例１との本質的な相違点である。実施例１と同様に、図１０に示した照明光学系Ｓ１の比例領域内光線による光束の、照射面３４ａにおける搬送方向（Ｚ方向）に垂直な方向（Ｙ方向）の光束径ｗを考える。図１３に、照射面位置Ｌを横軸、光束径ｗを縦軸に取ったグラフを示す。ここで、照射面位置（設計上の位置）Ｌの原点は、図１０に示した照明光学系Ｓ１の照射面３４ａとする。図１３から、理想結像位置Ｌｏを照射面とした配置の方が、近軸結像位置Ｌｃを照射面とした配置より、光束径が小さくなり、照明領域中心部の照明光量が大きい光学配置となることがわかる。照明領域中心部の照明光量が大きいことは、即ち受光素子３６で受光される受光光量を大きくし、検出信号のＳ／Ｎ比を向上させる。
【００４３】
本実施例の場合、間隔Δ＝ＤＬｃ−ＤＬｏよりΔ＝０．７０ｍｍである。±０．５Δ＝±０．３５ｍｍで、像担持体３４の位置の理想結像位置Ｌｏに対するずれ｜０−ＤＬｏ｜＝０．１０ｍｍより、本実施例の有効な範囲内である。さらに、±０．３Δ＝±０．２１ｍｍで照射面位置の理想結像位置Ｌｏに対するずれＤＬｐ−ＤＬｏ＝０．１０ｍｍより、本実施例のより有効な範囲内である。このため、本実施例の効果が大きい配置となっている。また、図１３から図９の実施例１の理想結像位置Ｌｏと比較して、実施例２の理想結像位置Ｌｏが変化していることがわかる。これは、絞り３２によって比例領域内光線が実施例１に比べて少なくなったことに起因する。しかし、絞り３２によって比例領域内光線が少なくなっても、近軸結像位置Ｌｃと異なる理想結像位置Ｌｏは存在し、本実施例の効果には影響が無いことがわかる。これまでの議論で、絞り３２により光束が制限された照明光学系においても、理想結像位置近傍を照射面とする配置は、照明領域中心部の光量を上げ、また、照射面の配置誤差に対して照明光量が鈍感とするという利点がある。最後に、実施例２の照明光学系の特性値を表３に示す。なお、これまで本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は、これらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００４４】
［実施例３］
次に、本発明の実施例３について説明する。尚、上記実施例１と異なる点を中心に説明する。図１４は本発明の画像形成装置が有する、パターン像の濃度（画像情報）を検出する画像情報検出装置の要部副走査断面図である。本発明は実施例１に比べて転写ベルト２０４に対して照明光学系Ｓ１の光軸Ｌａが垂直でなく、傾いている点が異なっている。そして照明光学系Ｓ１からの光束でパターン像２０４ｂを介した光束のうち正反射光を受光光学系Ｓ２で検出している。
【００４５】
図１４を用いて、画像情報検出装置の構成を説明する。２０１は照明手段の一部である光源としてのＬＥＤ光源である。光源２０１の発光面２０１ａは、一辺が０．３５ｍｍの正方形である。光源２０１はランバート分布型の発光光量分布を持つ。２０１ｂは発光面２０１ａからの光束を集光する光源集光部である。２０３は光学素子であり、同一材質から成る照明光学系Ｓ１の一部としての照明レンズ２０３ａと受光光学系Ｓ２の一部としての結像レンズ２０３ｂとを一体成形している。発光面２０１ａからの光線は、照明レンズ２０３ａの軸（光軸）Ｌａａに対して斜入射する。このため、照明光学系Ｓ１の光路は光軸回転非対称となる。ここで、光軸Ｌａとは、発光面２０１ａの中心位置から、発光面２０１ａに対して垂直な方向に出射した光線の光路を指す。２０４は各色のトナーから成る濃度検出用パターン像を搬送する、像担持体としての転写ベルトである。２０５は、受光光学系Ｓ２の一部としての、結像レンズ２０３ｂからの光束を制限する絞りである。２０６は、受光手段としての受光素子である。受光素子２０６の受光面２０６ａは、一辺が１ｍｍの正方形である。
【００４６】
図１４の、転写ベルト２０４に垂直な方向をＸ方向、紙面に平行でＸ方向と垂直な方向をＹ方向、紙面に垂直な方向をＺ方向とする。Ｙ方向は画像形成装置の主走査方向、Ｚ方向は画像形成装置の副走査方向であり、像担持体２０４（パターン像２０４ｂ）の搬送方向である。発光面２０１ａから出射した光束は、集光部である、光源集光部２０１ｂと照明レンズ２０３ａによって集光され、転写ベルト２０４面上の照射面（面）２０４ａを照明する。このとき、光源２０１から出射した光軸光線は、転写ベルト２０４面に対して斜めに入射する。転写ベルト２０４面上のパターン像２０４ｂによって散乱した光は、結像レンズ２０３ｂによって集光され、絞り２０５により光束を制限されて、受光素子２０６によって受光される。転写ベルト２０４がパターン像２０４ｂを搬送するに従って、受光素子２０６で受光する受光光量が変化する。この受光光量の検出信号から、パターン像２０４ｂの濃度を検出し、画像形成時（各色の画像を重ね合わせるとき）の制御を行う。また、光源手段から出射される光量を検出して光源手段の駆動を制御している。
【００４７】
本実施例でも実施例１と同様に、照明光学系Ｓ１と受光光学系Ｓ２の光軸が照射面２０４ａにおいて交点を持つような一般的な光学配置をしている。そして受光素子２０６で受光する受光光量を上げるため、照明領域中心部の照明光量が大きくなる光学配置をしている。
【００４８】
本実施例と実施例１との違いは、照明光学系Ｓ１が光軸回転非対称であることと、照射面２０４ａが光軸方向に対して垂直な配置とならないことである。以後、実施例１と同様に主走査方向の光路について説明する。
【００４９】
図１５は、実施例３の照明光学系Ｓ１の光路図である。図１５は照射面２０４ａ近傍について拡大図を示している。図１５より、転写ベルト２０４面上で球面収差が発生していることがわかる。この起因は、実施例１と同様である。
【００５０】
図１６は実施例１と同様に、光線の光源出射角度θを横軸、集光部出射面２０３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄを縦軸に取ったグラフである。ここで、動径距離Ｄの基準となる光軸は、集光部出射面２０３ａｂからの出射後の光軸である。図１６より、実施例３の照明光学系Ｓ１においても、光線の光源出射角度θと、集光部出射面２０３ａｂへの光束の到達位置の光軸からの動径距離Ｄにおいて、略比例関係が成り立つ、比例領域が光軸近傍に存在することがわかる。
【００５１】
比例領域内光線の特徴を示すために、図１７（Ａ）、（Ｂ）に、比例領域の光路図と、比例領域外の光路図を示し、また、図１８に、集光部出射面２０３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄと光軸方向の結像位置ｈとの関係を示す。ここで、結像位置ｈは、近軸像面の位置を原点としている。
【００５２】
図１８より、集光部出射面２０３ａｂへの光束の到達位置が光軸Ｌａから主走査方向に−０．４ｍｍ位置の光線の光路を中心軸として、略比例関係が成り立っていることがわかる。図１８より、比例領域外光線には、比例領域内光線のような結像位置ｈと集光部出射面２０３ａｂへの光束の到達位置の光軸からの動径距離Ｄとの略比例関係がないことがわかる。また、集光部出射面２０３ａｂに到達する比例領域内光線と比例領域外光線の光源出射角度の範囲を表４に示す。表４より、比例領域内光線は比例領域外光線に比べて、光源出射角度θが小さい光線であり、且つより広い範囲の光源出射角度θの光線から構成されていることがわかる。
【００５３】
これらのことから、本実施例の照明光学系Ｓ１においても、比例領域内光線の方が比例領域外光線よりも光量が大きくなる。そのため、実施例１と同様に、最も照明領域中心部の照明光量が大きい光学配置を考えるに当たって、比例領域外光線は近似的に考慮する必要がなく、比例領域内光線のみを考えればよい。
【００５４】
実施例１と同様に、図１５に示した照明光学系Ｓ１の比例領域内光線による光束の、照射面２０４ａにおける搬送方向（Ｚ方向）に垂直な方向の光束径ｗを考える。ここで、光束径ｗは比例領域内光線の光束の光束径であり、照射面の位置（１）、（２）、（３）の応じて変化する。この様子を図１９に示す。
【００５５】
図２０は、照射面２０４ａの位置Ｌを横軸、光束径ｗを縦軸に取ったグラフである。ここで、照射面位置Ｌの原点は、図１４に示した光学系の照射面２０４ａとする。図２０から、理想結像位置Ｌｏを照射面とした配置の方が、近軸結像位置Ｌｃを照射面とした配置より、光束径が小さくなり、照明領域中心部の照明光量が大きい光学配置となることがわかる。照明領域中心部の照明光量が大きいことは、即ち受光素子２０６で受光する受光光量を大きくし、検出信号のＳ／Ｎ比を向上させる。
【００５６】
本実施例の場合、Δ＝２．０７ｍｍより、±０．５Δ＝±１．０４ｍｍ。照射面位置の理想結像位置に対するずれ０−ＤＬｏ＝−０．１ｍｍより、本実施例の有効な範囲内である。さらに、±０．３Δ＝±０．６２ｍｍで、照射面位置２０４ａの理想結像位置Ｌｏに対するずれ０−ＤＬｏ＝−０．１ｍｍより、本実施例のより有効な範囲内である。このため、本実施例の効果が大きい配置となっている。これまでの議論で、光軸非対称となる照明光学系や、照射面が光軸方向に垂直な配置とならない照明光学系においても、理想結像位置近傍を照射面とする配置は、照明領域中心部の光量を上げるという利点があることを説明した。実施例３の照明光学系の特性値を表５に示す。なお、これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００５７】
以上のように各実施例によれば、照射面において球面収差が発生する照明光学系を有する画像情報検出装置において、Ｓ／Ｎ比の高い検出信号が得られる。このとき、照明光量が照明領域中心部に集中しており、散乱光の光量分布も受光領域中心部に集中するため、受光素子の面積を小さくできる。
【００５８】
次に画像情報形成装置を有する画像形成装置について説明する。図２１は本発明の画像情報検出装置を有した画像形成装置をデジタルフルカラー複写機に適用したときの要部概略図である。まず、図２１のデジタルフルカラー複写機の構成及び作用について説明する。図中、８０は原稿読取部であり、原稿ガラス台８６上に載置されたカラー画像の画像情報をミラー８３、８４、８５、読取レンズ８２によってＣＣＤ等の読取手段面８１上に形成して読取っている。そして読取手段８１からのカラー画像情報をフルカラー画像形成部１０に入力している。
【００５９】
フルカラー画像形成部１０には第１〜第４の４つの画像ステーション（画像形成部（画像形成手段）Ｐａ〜Ｐｄ）が配置され、各画像形成ステーション（Ｐａ〜Ｐｄ）は像担持体として感光ドラム（２ａ〜２ｄ）を有する。また、その周りには専用の帯電手段（３ａ〜３ｄ）、画像情報に応じた光束を感光ドラム面上に照射するための走査光学装置（１ａ〜１ｄ）、現像手段（５ａ〜５ｄ）、ドラムクリーニング手段（４ａ〜４ｄ）、そして転写手段（６ａ〜６ｄ）等が各々配置されている。
【００６０】
５１ａ〜５１ｄは各々現像剤容器であり、各現像手段（５ａ〜５ｄ）に各々対応しており、走査光学装置（１ａ〜１ｄ）の水平部の直下で、かつ垂直部に並んで設けられており、円柱形状の現像剤カートリッジを着脱することにより現像剤の補給を行うものである。ここで画像形成ステーション（Ｐａ〜Ｐｄ）は各々シアン画像、マゼンダ画像、イエロー画像、ブラック画像を形成するところである。
【００６１】
一方、各画像形成ステーションは（Ｐａ〜Ｐｄ）を通過する態様で感光ドラム（２ａ〜２ｄ）の下方に無端ベルト状の転写ベルト（記録部材）６１が配置されている。そしてその転写ベルト６１は駆動ローラ６２と従動ローラ６３及び６５に張架され、さらにその表面を清掃するクリーニング手段６４が設けられている。
【００６２】
走査光学装置（１ａ〜１ｄ）は、光源手段としての半導体レーザ、該半導体レーザから出射した光束をポリゴンミラーに導光する入射光学手段を有する。そして該ポリゴンミラーで偏向された光束を像担持体としての感光ドラム（２ａ〜２ｄ）面上に結像させるトーリックレンズと球面レンズ、非球面レンズ等の光学素子とを有する結像手段を有する。そして該トーリックレンズと光学素子との間に設けた反射部材としての反射ミラー、そしてそれらの光学要素を一体的に収容する収容手段を有している。
【００６３】
このような構成において、まず第１の画像形成ステーションＰａの帯電手段３ａ、走査光学装置１ａによる露光等の公知の電子写真プロセス手段により感光ドラム２ａ面上に画像情報のシアン成分の潜像を形成する。その後、該潜像は現像手段５ａでシアントナーを有する現像剤によりシアンパターン像として可視像化され転写手段６ａでシアンパターン像が転写ベルト６１の表面に転写される。
【００６４】
一方、上記シアンパターン像が転写ベルト６１上に転写されている間に第２の画像形成ステーションＰｂではマゼンダ成分色の潜像が形成される。続いて現像手段５ｂでマゼンタトナーによるパターン像が得られ、先の第１の画像形成ステーションＰａで転写が終了した転写ベルト６１に転写手段６ｂにて精度よくマゼンタパターン像が重ねて転写される。
【００６５】
以下、イエロー像、ブラック像、についても同様な方法で画像形成が行われ、転写ベルト６１に４色のパターン像の重ね合わせが終了する。次いで転写ベルト６１上の４色パターン像は２次転写ローラ６６にて、給紙カセット７０内にあって給紙ローラ７１及び搬送ローラ対７２、レジストローラ対７３によりタイミングを合わせて搬送されたシート材Ｓ上に再び転写（２次転写）される。そして２次転写が終了したシート材Ｓは定着ローラ対７４で転写されたパターン像が加熱定着され、シート材Ｓにフルカラー画像が得られる。そしてフルカラー画像が形成されたシート材Ｓはローラ７５，７６を介してトレー７７に送られる。尚、転写が終了した各々の感光ドラム（２ａ〜２ｄ）はクリーニング手段（４ａ〜４ｄ）で各感光ドラム（２ａ〜２ｄ）から残留トナーが除去され、引き続き行われる像形成に備えられる。６９は画像情報検出装置である。同図において転写ベルト６１の奥側、中央、手前側の３ヶ所又は奥側と手前の２ヶ所に同構成の画像情報検出装置が各々配置されている。尚、転写ベルト６１の面は鏡面に近い状態となっている。
【００６６】
本実施形態では、画像形成のプロセスを行う前に、各画像形成部Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄは転写ベルト６１上にそれぞれ４つの画像形成部Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄに対応した画像としての位置検出用パターン像６９ａを形成する。即ち全体として各々４つの画像が形成されている。以下は簡単のために位置検出用パターン像は左右１つとして取扱う。画像情報検出装置６９は、上述した画像形成部のプロセスを実行するに先立って各感光ドラム２ａ〜２ｄの非画像形成領域に形成され、そして転写ベルト６１の搬送方向に転写された位置検出用パターン像６９ａの位置情報を検出する。その検出された検出信号によって各画像形成部Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄは制御部によって制御される。
【００６７】
【表１】
【符号の説明】
【００６８】
Ｓ１ 照明光学系 Ｓ２ 受光光学系 ３１ 光源手段 ３３ 光学素子
３４ 転写ベルト（像担持体） ３４ｂ パターン像 ３４ａ 照射面
１０１ 演算手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像情報検出装置及びそれを有する画像形成装置に関し、例えば電子写真方式や静電記録方式などを応用した複写機やプリンター、あるいはファクシミリ等のカラー画像形成装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
多色の画像を得る為の画像形成装置では、複数の画像形成部において互いに異なった色の画像を形成している。そして搬送ベルトのごとき搬送手段によって搬送された紙上に各色の画像を重ねて転写し多色の画像形成を行っている。
【０００３】
この方式では各色の画像形成部の状態（作動状態）が異なる。このため、最終的に形成される多色の画像において、各色に色の濃度差が生じて期待した色の画像が出力されなかったり、各色の画像を重ねるとき重なりずれが生じることがあった。良好な多色の画像を得るためには、各色の画像の濃度や重なりずれを精度良く管理することが重要になっている。従来より多色の画像を得る画像形成装置では、画像情報検出装置を設置し、形成画像（パターン像）の濃度や位置情報等の画像情報を検出し、各色毎に濃度や位置ずれを補正することが行われている。
【０００４】
この画像情報検出装置では転写ベルトである像担持体上に描写された位置検出用パターン像の画像情報を検出する。具体的には光源手段の発光面から放射された光束を集光部と照明レンズで集光し、防塵ガラスを介して像担持体上の位置検出用パターンを照明している。そして、像担持体とその上に描写されたパターン像からの散乱光を、絞り、結像レンズを介して受光手段で検出している。受光手段で検出された検出信号に従い各色の画像を出力すべく画像形成部（画像形成手段）を制御している。
【０００５】
高精度な多色の画像を得るためには、位置検出用パターン像の画像情報を高精度に検出することが重要になってくる。一般にこのときの検出の精度を悪化させる原因の一つに、検出信号のノイズがある。検出信号のＳ／Ｎ比を向上させる一手段として、受光手段で得られる光束の受光光量を大きくする方法がある。従来より照射面である像担持体をケーラー照明することで、パターン像からの正反射光の受光光量を大きくし、Ｓ／Ｎ比を向上させる構成を有した画像情報検出装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−０５５５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の画像情報検出装置では、像担持体（記録部材）上のパターン像からの散乱光の内、正反射光成分を主に受光している。このため、パターン像からの散乱光全体の受光光量は少ない。そのため、パターン像の散乱光全体を受光し、かつ受光光量を大きくして、Ｓ／Ｎ比を向上させることが難しい。
【０００８】
一般的に画像情報検出装置に用いられる照明光学系と受光光学系は、それらの光軸が像担持体である照射面上で交わるように配置されている。このため、その照射面上の交点近傍の照明光量が大きいほど散乱光の受光光量は大きくなる。この原理を利用して検出信号のＳ／Ｎ比を向上させる照明手法として、照明領域中心部の照明光量を大きくすることができるクリティカル照明がよく知られている。しかしながらクリティカル照明においては照明光学系に球面収差があると光束径が増大し、照明領域中心部の照明光量が低下してくる。このため照射面上で球面収差が発生する照明光学系を用いるときには球面収差の発生状態を考慮した構成が必要となってくる。
【０００９】
本発明は、照明領域中心部及びその近傍の照明光量を大きくすることができる。そして検出信号のＳ／Ｎ比を向上させ位置検出用のパターン像とパターン像の濃度を高精度に検出することができる画像情報検出装置及びそれを有する画像形成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の画像情報検出装置は、光源手段と、該光源手段から出射した光束で、搬送されてくる像担持体の面を照射する照明光学系と、該像担持体の面に形成されている画像を介した光を受光する受光光学系と、
該受光光学系で得られる信号より該像担持体に形成された画像の画像情報を求める演算手段とを有する画像情報検出装置において、該照明光学系の光学面は球面又は球面と平面より成り、像担持体の面と平行であって、
該照明光学系からの光束のうち比例領域内の光線が集光する光束の径が像担持体の搬送方向と垂直な方向において最小となる位置にある面を理想結像面とし、像担持体の面と平行な面であって、該照明光学系の近軸光線が結像する該像担持体の面に対して垂直方向の位置にある面を近軸結像面とし、該理想結像面と該近軸結像面の該像担持体の面に対して垂直方向の相対的距離をΔとするとき、該像担持体の面が該理想結像面の位置に対し±０．５Δの範囲内に位置するように配置されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、照明光学系の球面収差の状態を考慮する。これにより照明領域中心部及びその近傍の照明光量を大きくすることができ、検出信号のＳ／Ｎ比を向上させ位置検出用のパターン像とパターン像の濃度を高精度に検出することができる画像情報検出装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の画像情報検出装置の実施例１の要部副走査断面図
【図２】図１の一部分の照明光学系の光路図
【図３】実施例１において光源出射角度θと集光部出射面への光束の到達位置の光軸からの動径距離Ｄとの関係を示す説明図
【図４】実施例１において光源出射角度θと集光部出射面からの光束の出射角度φとの関係を示す説明図
【図５】実施例１において集光部出射面への光束の到達位置の光軸からの動径距離Ｄと集光部出射面からの光束の出射角度φとの関係を示す説明図
【図６】図１において比例領域内光線の光路図と比例領域外光線の光路図
【図７】実施例１において集光部出射面への光束の到達位置の光軸からの動径距離Ｄと結像位置ｈとの関係を示す説明図
【図８】実施例１において照射面位置Ｌと光束径ｗを示した光路図
【図９】実施例１において照射面位置Ｌと光束径ｗとの関係を示す説明図
【図１０】本発明の実施例２に係る照明光学系の光路図
【図１１】実施例２において光源出射角度θと集光部出射面への光束の到達位置の光軸からの動径距離Ｄとの関係を示す説明図
【図１２】実施例２において集光部出射面への光束の到達位置の光軸からの動径距離Ｄと結像位置ｈとの関係を示す説明図
【図１３】実施例２において照射面位置Ｌと光束径ｗとの関係を示す説明図
【図１４】本発明の画像情報検出装置の実施例３の要部副走査断面図
【図１５】実施例３の照明光学系の光路図
【図１６】実施例３において光源出射角度θと集光部出射面への光束の到達位置の光軸からの動径距離Ｄとの関係を示す説明図
【図１７】図１５において比例領域の光路図と比例領域外の光路図
【図１８】実施例３において集光部出射面への光束の到達位置の光軸からの動径距離Ｄと結像位置ｈとの関係を示す説明図
【図１９】実施例３において照射面位置Ｌと光束径ｗを示した光路図
【図２０】実施例３において照射面位置Ｌと光束径ｗとの関係を示す説明図
【図２１】本発明に係るデジタルカラー複写機の要部概略図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。本発明の画像情報検出装置は、光源手段３１と、光源手段３１から出射した光束で搬送されてくる像担持体（転写ベルト）３４の面を照射する照明光学系Ｓ１と、像担持体の面に形成されている画像を介した光を受光する受光光学系Ｓ２とを有している。更に受光光学系Ｓ２で得られる信号より像担持体３４に形成された画像３４ｂの画像情報（位置情報と濃度情報）を求める演算手段１０１とを有している。
【００１４】
［実施例１］
図１は本発明のカラー画像形成装置に用いられる画像情報検出装置の副走査断面内の要部概略図である。本発明の画像情報検出装置はカラー画像形成装置以外の多色の画像形成装置にも用いられる。図１を用いて、画像情報検出装置の構成を説明する。
【００１５】
３１は照明手段（光源手段）（光源）でありＬＥＤ光源より成っている。光源３１の発光面３１ａは、一辺が０．３５ｍｍの正方形である。発光面３１ａはランバート分布型の発光光量分布を持つ。３１ｂは発光部３１ａを内包し、発光面３１ａからの光束を集光する光源集光部（樹脂より成る樹脂レンズ）である。３３は光学素子であり、同一材質から成る照明光学系Ｓ１の一部としての照明レンズ３３ａと受光光学系Ｓ２の一部としての結像レンズ３３ｂとを一体成形より製造されている。照明光学系Ｓ１を構成する光源集光部１ｂと１枚の正レンズ３３ａは光軸回転対称な球面、非球面、平面等の形状より成っている。
【００１６】
ここで、照明光学系Ｓ１の光軸Ｌａとは、発光面３１ａの中心位置から、発光面３１ａに対して垂直な方向に出射した光線の光路を指す。３４は各色のトナーから成る位置検出用のパターン像（画像）３４ｂを搬送する、像担持体としての転写ベルトである。３５は、受光光学系Ｓ２の一部で、結像レンズ３３ｂからの光束を制限する絞りである。３６は、受光手段としての受光素子である。受光素子３６の受光面３６ａは、一辺が１ｍｍの正方形である。３４ａは像担持体３４の照射面（面）である。
【００１７】
図１において、転写ベルト３４に垂直な方向をＸ方向、紙面に平行でＸ方向と垂直な方向をＹ方向、紙面に垂直な方向をＺ方向とする。Ｙ方向は画像形成装置の主走査方向、Ｚ方向は画像形成装置の副走査方向であり、パターン像３４ｂが形成される転写ベルト３４の搬送方向である。発光面３１ａから出射した光束は、光源集光部３１ｂと照明レンズ３３ａによって集光され、転写ベルト３４の照射面３４ａ上を照明する。このとき、光源３１から出射した光束の主光線Ｐａは、照射面３４ａである転写ベルト３４面に対して垂直に入射する。転写ベルト３４面上のパターン像３４ｂによって散乱した光は、結像レンズ３３ｂによって集光され、絞り３５により光束を制限されて、受光素子３６によって受光される。
【００１８】
転写ベルト３４がパターン像３４ｂを搬送するに従って、受光素子３６で受光される受光光量が変化する。このときの受光光量の検出信号から、各色の画像に対応するパターン像３４ｂの形成位置を演算手段１０１で検出し、画像形成時（各色の画像を重ね合わせるとき）の制御を行う。パターン像３４ｂの形成位置を検出し、予め設定した基準位置からの形成位置ずれを算出するに当たっては、検出信号のノイズの発生が問題となる。Ｓ／Ｎ比を向上させる方法として、受光素子３６で受光する受光光量を上げる（増やす）方法がある。
【００１９】
本実施例では、照明光学系Ｓ１と受光光学系Ｓ２の光軸が照射面３４ａにおいて交点を持つ光学配置をしている。そのため、その照射面３４ａ上の交点近傍の照明光量が大きいほど、受光素子３６で受光する受光光量も大きくなる。本実施例の照明光学系Ｓ１ではこのことを利用し受光光量を上げるため、照射面３４ａの照明領域中心部の照明光量が大きくなるクリティカル照明の光学配置をとっている。
【００２０】
ここで、これまで述べてきた、「照明領域中心部」について定義する。照明領域の中心は照射面３４ａにおける光軸Ｌａ上の光線の到達位置を指す。「照明領域中心部」は照明領域の中心の近傍を意味するが、本明細書内では、特に、主走査方向（Ｙ方向）の照明領域中心の近傍を指す。以下にその理由を述べる。
【００２１】
通常、画像情報検出装置をカラー画像形成装置内にコンパクトに配置するため、光源３１から転写ベルト３４を経由して受光素子３６に向かう光路（光路断面）が、主走査方向（Ｙ方向）に平行となるようにしている。そのため、照明光の主走査方向の光量分布の方が、副走査方向の光量分布よりも、受光素子３６で受光される受光光量に対して敏感となる。このことから、「照明領域中心部」とは、主走査方向における照明領域中心の近傍と定義する。
【００２２】
次に主走査方向における光源３１から出射された光線の光路について説明する。図１における照明光学系Ｓ１の光路を図２に示す。図２は照射面３４ａ近傍について拡大図を示している。図２の光路より、照射面３４ａである転写ベルト３４面上で照明光学系Ｓ１に球面収差が発生していることがわかる。
【００２３】
本実施例では、光源集光部３１ｂと照明レンズ３３ａの表面３３ａａが凸形状の球面で、裏面３３ａｂが平面である。このため、照明光学系Ｓ１の集光部の光学面が、球面と平面のみで構成されている。照射面３４ａ上での球面収差は、この構成のために生じる。
【００２４】
図２に示した照明光学系Ｓ１において、照明レンズ３３ａの裏面３３ａｂが照明光学系Ｓ１における光路の集光部出射面３３ａｂとなる。図３に、発光面３１ａからの光線の光源出射角度θを横軸、集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄを縦軸に取ったグラフを示す。ここで、動径距離Ｄの基準となる光軸Ｌａは、集光部出射面３３ａｂからの出射後の光軸である。図３より、光線の光源出射角度θと、集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄにおいて、略比例関係が成り立つ領域が光軸Ｌａ近傍に存在することがわかる。光源出射角度θに対する集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄが光軸Ｌａから軸外に向かって最初の極値となるまでの領域を「比例領域」と定義する。比例領域は、照明光学系Ｓ１の集光部が球面又は平面のみで構成された照明光学系において、必ず生じる。
【００２５】
また、図４は、発光面３１ａからの光線の光源出射角度θを横軸、集光部出射面３３ａｂからの光束の出射角度φを縦軸に取ったグラフである。ここで、集光部出射面３３ａｂからの光束の出射角度φは集光部出射面３３ａｂからの出射後の光軸Ｌａからの角度である。図４より、比例領域において、光源出射角度θと集光部出射面３３ａｂからの光束の出射角度φに略比例関係が成り立つことがわかる。
【００２６】
これらのことを踏まえて、図５に、集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄを横軸、集光部出射面３３ａｂへの光束の出射角度φを縦軸にとったグラフを示す。図５より、比例領域において、集光部出射面３３ａｂからの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄと集光部出射面３３ａｂからの光束の出射角度φに略比例関係が成り立つことがわかる。このときの光線を比例領域内光線とは次のとおりである。集光手段の出射面到達光束の中でも、照射面上の画像搬送方向と垂直な方向において、光源出射角度に対する集光手段出射面到達位置の（集光手段出射後）光軸からの動径距離が光軸から軸外に向かって最初の極値となるまでの光線と定義する。この関係のため、比例領域内光線は、結像位置に特徴を生じる。比例領域内光線の特徴を示すために、図６（Ａ）、（Ｂ）に、比例領域内光線の光路図と、比例領域外光線の光路図を示す。
【００２７】
また、図７に、集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄと光軸方向の光束の結像位置ｈとの関係を示す。ここで結像位置ｈは、近軸光線が結像する近軸像面（光軸近傍の光束の結像面）の位置を原点としている。図７より、比例領域内光線には、結像位置ｈと集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄについて、光軸Ｌａを中心軸として略比例関係が成り立つことがわかる。つまり、比例領域内光線は、集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄが大きいほど、大きい角度で光軸方向の光源３１側に結像する。また集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄが小さいほど、小さい角度で光軸方向の光源３１と反対側に結像する。
【００２８】
一方、図６（Ａ）、（Ｂ）より、比例領域外光線には、比例領域内光線のような結像位置ｈと集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄとの略比例関係がないことがわかる。本実施例ではこれらのことを踏まえて、照明領域中心部の照明光量が大きくなる光学配置をとっている。
【００２９】
集光部出射面３３ａｂに到達する比例領域内光線と比例領域外光線の光源出射角度θの範囲を表１に示す。表１より、比例領域内光線は比例領域外光線に比べて、光源出射角度θが小さい光線であり、且つより広い範囲の光源出射角度θの光線から構成されていることがわかる。通常の光源では、光源出射角度θが小さいほど光線の光強度が大きく、光線本数が多い程全体の光量は大きくなるので、比例領域内光線の方が比例領域外光線よりも、光量が大きい。また、先に述べたように、比例領域外光線には結像位置ｈと集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄとの略比例関係がない。このため、照射面３４ａの位置による照明光量の変化は小さい。
【００３０】
更に、一般的な照明光学系について論じると、比例領域外光線は光束を広げる要因となりやすく、絞り等により遮蔽されることが多いため、考慮する必要性は更に低くなる。これらのことから、最も照明領域中心部の照明光量が大きい光学配置を考えるに当たって、比例領域外光線は近似的に考慮する必要がなく、比例領域内光線のみを考えればよい。
【００３１】
そこで、比例領域内光線における、最も照明領域中心部の照明光量が大きい光学配置を設定する。比例領域内光線による照明領域中心部（Ｙ方向）の照明光量が最も大きい光学配置とは、転写ベルト３４に対して垂直な断面内（ＸＹ断面内）において、比例領域内光線の光束の光束径が最小となる位置Ｌに照射面３４ａを配置することである。このときの位置を「理想結像位置」と定義する。また転写ベルト３４の面と平行であって、理想結像位置に相当する面を「理想結像面」という。これらのことから、理想結像面の位置に転写ベルト３４を配置した配置が、最も照明領域中心部の照明光量が大きい光学配置となる。
【００３２】
図２に示した照明光学系Ｓ１の比例領域内光線による光束の、転写ベルト３４の搬送方向（Ｚ方向）に垂直な方向（Ｙ方向）の光束径ｗを考える。ここで、光束径ｗは比例領域内光線の光束の光束径であり、照射面３４ａの位置１、２、３に応じて変化する。図８はこの様子の説明図である。図９は、照射面３４ａの位置を横軸、光束径ｗを縦軸に取った説明図である。ここで、照射面３４ａの位置Ｌの原点は、図２に示した照明光学系Ｓ１の照射面３４ａであり、設計上の面とする。図９から、理想結像位置Ｌｏを照射面とした配置の方が、近軸結像位置（光束近傍の光束が結像する位置）Ｌｃを照射面とした配置より、光束径が小さくなり、照明領域中心部の照明光量が大きい光学配置となることがわかる。照明領域中心部の照明光量が大きいことは、即ち受光光量を大きくし、検出信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。これまでの議論で、理想結像位置Ｌｏの近傍を照射面とする配置は、照射面上で球面収差が発生する照明光学系において、照明領域中心部の光量を上げるという利点があることを説明した。
【００３３】
以下に、本発明の有効な照射面の範囲について説明する。近軸結像位置Ｌｃを照射面とする配置に対して、理想結像位置Ｌｏを照射面とする配置の、比例領域内光線の光束径の差を本実施例による改善と考える。そして、改善率が５０％を超えた配置において、本発明の効果があると考えることができる。
【００３４】
ここで、図９より、理想結像位置Ｌｏと近軸結像位置Ｌｃの間に照射面が配置された場合、照射面の位置と比例領域内光線の光束径には、略比例関係がある。このことから、理想結像位置（理想結像面）Ｌｏと近軸結像位置（近軸結像面）Ｌｃの間隔（照射面３４ａに対し垂直方向の相対的距離）をΔとし、
理想結像位置±０．５Δ
の領域を照射面とする光学配置を本実施例において有効な範囲とする。ここで符号は理想結像位置に対して照明光学系Ｓ１側を（−）側、逆側を（＋）側とする。
【００３５】
集光部出射面３３ａｂに対して垂直な方向（Ｘ方向）において、集光部出射面３３ａｂから理想結像位置Ｌｏまでの距離をＤＬｏとする。集光部出射面３３ａｂから近軸結像位置Ｌｃまでの距離をＤＬｃとする。集光部出射面３３ａｂから像担持体３４の面３４ａまでの距離をＤＬｐとすると、
Δ＝｜ＤＬｃ−ＤＬｏ｜
より、
ＤＬｏ−０．５｜ＤＬｃ−ＤＬｏ｜≦ＤＬｐ≦ＤＬｏ＋０．５｜ＤＬｃ−ＤＬｏ｜
が成り立つ光学配置が、本実施例において有効な範囲となる。
【００３６】
本実施例の場合、図９から明らかのようにΔは
Δ＝１．４５ｍｍ
より、
±０．５Δ＝±０．７３ｍｍ
である。照射面位置Ｌの理想結像位置Ｌｏに対するずれ
｜０−ＤＬｏ｜＝０．３５ｍｍ
より、本実施例の有効な範囲内である。
【００３７】
本実施例の効果をより享受するためには、改善率が７０％を超えた配置が望ましい。
このことから、理想結像位置±０．３Δの領域を照射面とする光学配置を本実施例の「より有効な範囲」とする。つまり、
ＤＬｏ−０．３｜ＤＬｃ−ＤＬｏ｜≦ＤＬｐ≦ＤＬｏ＋０．３｜ＤＬｃ−ＤＬｏ｜
が成り立つ光学配置が、本実施例のより有効な範囲となる。
【００３８】
本実施例の場合、
±０．３Δ＝±０．４４ｍｍ
で、像担持体３４の位置の理想結像位置Ｌｏに対するずれ
ＤＬｐ−ＤＬｏ＝０．３５ｍｍ
より、本実施例のより有効な範囲内である。このため、本実施例の効果が大きい配置となっている。
【００３９】
これまで、発光面３１aの中心部からの光線のみを扱って議論を進めており、発光面３１aの周辺部からの光線について言及していなかった。しかし、本実施例のように、発光面３１ａの大きさに対して、光源３１から集光部入射面３３ａａまでの距離が十分大きい場合は次のようになる。即ち、照射面３４ａの位置に対する比例領域内光線の照射面上の光束径ｗの変化が、発光面中心部からの光線と発光面周辺部からの光線で近似的に等しいと考えることができる。つまり、周辺部からの光線についてもこれまでと同様の議論を適用できるので、発光面全域を考慮した場合でも、これまでの議論と同様の結果となる。そのため、これまでの議論で、発光面の周辺部からの光線も考慮した説明がなされている。このことは、実施例１に限らず、後述する実施例２及び実施例３についても同様であるため、実施例２及び実施例３では言及を省略する。最後に、実施例１の照明光学系Ｓ１の特性値を表２に示す。なお、これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００４０】
［実施例２］
次に、本発明の実施例２について説明する。尚、上記実施例１と異なる点を中心に説明する。本実施例では、実施例１の照明光学系Ｓ１の光学配置において、照明レンズ３３aの手前に、光束径を制限する絞り３２を配置した構成となっている。また、実施例１の照明光学系の光学配置に対して、照射面の位置が光軸方向に１ｍｍ移動している。これらの二点が実施例１との主たる相違点である。以後、実施例１と同様に主走査方向の光路について説明する。
【００４１】
図１０は、本発明の実施例２の照明光学系Ｓ１の光路図である。図１０には、照射面３４ａの近傍について拡大図を示す。図１０より、転写ベルト３４面上で球面収差が発生していることがわかる。この起因は、実施例１と同様である。図１１は実施例１と同様に、光線の光源出射角度θを横軸、集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄを縦軸に取った説明図である。図１２は集光部出射面３３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄを横軸、光軸Ｌａ方向の結像位置ｈを縦軸に取った説明図である。図１１、図１２に示す動径距離Ｄの基準となる光軸Ｌａは、集光部出射面３３ａｂ後の光軸である。図１１と図１２より、集光部出射面３３ａｂに到達する光線の全ての光線が比例領域内光線となることがわかる。また、図３と図１１の比較から、絞り３２によって光束が制限されたことにより、比例領域内光線が実施例１に対して減少したことがわかる。
【００４２】
絞り３２が光束を制限することで、比例領域外光線が存在しなくなり、比例領域内光線が減少したことが、実施例１との本質的な相違点である。実施例１と同様に、図１０に示した照明光学系Ｓ１の比例領域内光線による光束の、照射面３４ａにおける搬送方向（Ｚ方向）に垂直な方向（Ｙ方向）の光束径ｗを考える。図１３に、照射面位置Ｌを横軸、光束径ｗを縦軸に取ったグラフを示す。ここで、照射面位置（設計上の位置）Ｌの原点は、図１０に示した照明光学系Ｓ１の照射面３４ａとする。図１３から、理想結像位置Ｌｏを照射面とした配置の方が、近軸結像位置Ｌｃを照射面とした配置より、光束径が小さくなり、照明領域中心部の照明光量が大きい光学配置となることがわかる。照明領域中心部の照明光量が大きいことは、即ち受光素子３６で受光される受光光量を大きくし、検出信号のＳ／Ｎ比を向上させる。
【００４３】
本実施例の場合、間隔Δ＝ＤＬｃ−ＤＬｏよりΔ＝０．７０ｍｍである。±０．５Δ＝±０．３５ｍｍで、像担持体３４の位置の理想結像位置Ｌｏに対するずれ｜０−ＤＬｏ｜＝０．１０ｍｍより、本実施例の有効な範囲内である。さらに、±０．３Δ＝±０．２１ｍｍで照射面位置の理想結像位置Ｌｏに対するずれＤＬｐ−ＤＬｏ＝０．１０ｍｍより、本実施例のより有効な範囲内である。このため、本実施例の効果が大きい配置となっている。また、図１３から図９の実施例１の理想結像位置Ｌｏと比較して、実施例２の理想結像位置Ｌｏが変化していることがわかる。これは、絞り３２によって比例領域内光線が実施例１に比べて少なくなったことに起因する。しかし、絞り３２によって比例領域内光線が少なくなっても、近軸結像位置Ｌｃと異なる理想結像位置Ｌｏは存在し、本実施例の効果には影響が無いことがわかる。これまでの議論で、絞り３２により光束が制限された照明光学系においても、理想結像位置近傍を照射面とする配置は、照明領域中心部の光量を上げ、また、照射面の配置誤差に対して照明光量が鈍感とするという利点がある。最後に、実施例２の照明光学系の特性値を表３に示す。なお、これまで本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は、これらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００４４】
［実施例３］
次に、本発明の実施例３について説明する。尚、上記実施例１と異なる点を中心に説明する。図１４は本発明の画像形成装置が有する、パターン像の濃度（画像情報）を検出する画像情報検出装置の要部副走査断面図である。本発明は実施例１に比べて転写ベルト２０４に対して照明光学系Ｓ１の光軸Ｌａが垂直でなく、傾いている点が異なっている。そして照明光学系Ｓ１からの光束でパターン像２０４ｂを介した光束のうち正反射光を受光光学系Ｓ２で検出している。
【００４５】
図１４を用いて、画像情報検出装置の構成を説明する。２０１は照明手段の一部である光源としてのＬＥＤ光源である。光源２０１の発光面２０１ａは、一辺が０．３５ｍｍの正方形である。光源２０１はランバート分布型の発光光量分布を持つ。２０１ｂは発光面２０１ａからの光束を集光する光源集光部である。２０３は光学素子であり、同一材質から成る照明光学系Ｓ１の一部としての照明レンズ２０３ａと受光光学系Ｓ２の一部としての結像レンズ２０３ｂとを一体成形している。発光面２０１ａからの光線は、照明レンズ２０３ａの軸（光軸）Ｌａａに対して斜入射する。このため、照明光学系Ｓ１の光路は光軸回転非対称となる。ここで、光軸Ｌａとは、発光面２０１ａの中心位置から、発光面２０１ａに対して垂直な方向に出射した光線の光路を指す。２０４は各色のトナーから成る濃度検出用パターン像を搬送する、像担持体としての転写ベルトである。２０５は、受光光学系Ｓ２の一部としての、結像レンズ２０３ｂからの光束を制限する絞りである。２０６は、受光手段としての受光素子である。受光素子２０６の受光面２０６ａは、一辺が１ｍｍの正方形である。
【００４６】
図１４の、転写ベルト２０４に垂直な方向をＸ方向、紙面に平行でＸ方向と垂直な方向をＹ方向、紙面に垂直な方向をＺ方向とする。Ｙ方向は画像形成装置の主走査方向、Ｚ方向は画像形成装置の副走査方向であり、像担持体２０４（パターン像２０４ｂ）の搬送方向である。発光面２０１ａから出射した光束は、集光部である、光源集光部２０１ｂと照明レンズ２０３ａによって集光され、転写ベルト２０４面上の照射面（面）２０４ａを照明する。このとき、光源２０１から出射した光軸光線は、転写ベルト２０４面に対して斜めに入射する。転写ベルト２０４面上のパターン像２０４ｂによって散乱した光は、結像レンズ２０３ｂによって集光され、絞り２０５により光束を制限されて、受光素子２０６によって受光される。転写ベルト２０４がパターン像２０４ｂを搬送するに従って、受光素子２０６で受光する受光光量が変化する。この受光光量の検出信号から、パターン像２０４ｂの濃度を検出し、画像形成時（各色の画像を重ね合わせるとき）の制御を行う。また、光源手段から出射される光量を検出して光源手段の駆動を制御している。
【００４７】
本実施例でも実施例１と同様に、照明光学系Ｓ１と受光光学系Ｓ２の光軸が照射面２０４ａにおいて交点を持つような一般的な光学配置をしている。そして受光素子２０６で受光する受光光量を上げるため、照明領域中心部の照明光量が大きくなる光学配置をしている。
【００４８】
本実施例と実施例１との違いは、照明光学系Ｓ１が光軸回転非対称であることと、照射面２０４ａが光軸方向に対して垂直な配置とならないことである。以後、実施例１と同様に主走査方向の光路について説明する。
【００４９】
図１５は、実施例３の照明光学系Ｓ１の光路図である。図１５は照射面２０４ａ近傍について拡大図を示している。図１５より、転写ベルト２０４面上で球面収差が発生していることがわかる。この起因は、実施例１と同様である。
【００５０】
図１６は実施例１と同様に、光線の光源出射角度θを横軸、集光部出射面２０３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄを縦軸に取ったグラフである。ここで、動径距離Ｄの基準となる光軸は、集光部出射面２０３ａｂからの出射後の光軸である。図１６より、実施例３の照明光学系Ｓ１においても、光線の光源出射角度θと、集光部出射面２０３ａｂへの光束の到達位置の光軸からの動径距離Ｄにおいて、略比例関係が成り立つ、比例領域が光軸近傍に存在することがわかる。
【００５１】
比例領域内光線の特徴を示すために、図１７（Ａ）、（Ｂ）に、比例領域の光路図と、比例領域外の光路図を示し、また、図１８に、集光部出射面２０３ａｂへの光束の到達位置の光軸Ｌａからの動径距離Ｄと光軸方向の結像位置ｈとの関係を示す。ここで、結像位置ｈは、近軸像面の位置を原点としている。
【００５２】
図１８より、集光部出射面２０３ａｂへの光束の到達位置が光軸Ｌａから主走査方向に−０．４ｍｍ位置の光線の光路を中心軸として、略比例関係が成り立っていることがわかる。図１８より、比例領域外光線には、比例領域内光線のような結像位置ｈと集光部出射面２０３ａｂへの光束の到達位置の光軸からの動径距離Ｄとの略比例関係がないことがわかる。また、集光部出射面２０３ａｂに到達する比例領域内光線と比例領域外光線の光源出射角度の範囲を表４に示す。表４より、比例領域内光線は比例領域外光線に比べて、光源出射角度θが小さい光線であり、且つより広い範囲の光源出射角度θの光線から構成されていることがわかる。
【００５３】
これらのことから、本実施例の照明光学系Ｓ１においても、比例領域内光線の方が比例領域外光線よりも光量が大きくなる。そのため、実施例１と同様に、最も照明領域中心部の照明光量が大きい光学配置を考えるに当たって、比例領域外光線は近似的に考慮する必要がなく、比例領域内光線のみを考えればよい。
【００５４】
実施例１と同様に、図１５に示した照明光学系Ｓ１の比例領域内光線による光束の、照射面２０４ａにおける搬送方向（Ｚ方向）に垂直な方向の光束径ｗを考える。ここで、光束径ｗは比例領域内光線の光束の光束径であり、照射面の位置（１）、（２）、（３）の応じて変化する。この様子を図１９に示す。
【００５５】
図２０は、照射面２０４ａの位置Ｌを横軸、光束径ｗを縦軸に取ったグラフである。ここで、照射面位置Ｌの原点は、図１４に示した光学系の照射面２０４ａとする。図２０から、理想結像位置Ｌｏを照射面とした配置の方が、近軸結像位置Ｌｃを照射面とした配置より、光束径が小さくなり、照明領域中心部の照明光量が大きい光学配置となることがわかる。照明領域中心部の照明光量が大きいことは、即ち受光素子２０６で受光する受光光量を大きくし、検出信号のＳ／Ｎ比を向上させる。
【００５６】
本実施例の場合、Δ＝２．０７ｍｍより、±０．５Δ＝±１．０４ｍｍ。照射面位置の理想結像位置に対するずれ０−ＤＬｏ＝−０．１ｍｍより、本実施例の有効な範囲内である。さらに、±０．３Δ＝±０．６２ｍｍで、照射面位置２０４ａの理想結像位置Ｌｏに対するずれ０−ＤＬｏ＝−０．１ｍｍより、本実施例のより有効な範囲内である。このため、本実施例の効果が大きい配置となっている。これまでの議論で、光軸非対称となる照明光学系や、照射面が光軸方向に垂直な配置とならない照明光学系においても、理想結像位置近傍を照射面とする配置は、照明領域中心部の光量を上げるという利点があることを説明した。実施例３の照明光学系の特性値を表５に示す。なお、これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００５７】
以上のように各実施例によれば、照射面において球面収差が発生する照明光学系を有する画像情報検出装置において、Ｓ／Ｎ比の高い検出信号が得られる。このとき、照明光量が照明領域中心部に集中しており、散乱光の光量分布も受光領域中心部に集中するため、受光素子の面積を小さくできる。
【００５８】
次に画像情報形成装置を有する画像形成装置について説明する。図２１は本発明の画像情報検出装置を有した画像形成装置をデジタルフルカラー複写機に適用したときの要部概略図である。まず、図２１のデジタルフルカラー複写機の構成及び作用について説明する。図中、８０は原稿読取部であり、原稿ガラス台８６上に載置されたカラー画像の画像情報をミラー８３、８４、８５、読取レンズ８２によってＣＣＤ等の読取手段面８１上に形成して読取っている。そして読取手段８１からのカラー画像情報をフルカラー画像形成部１０に入力している。
【００５９】
フルカラー画像形成部１０には第１〜第４の４つの画像ステーション（画像形成部（画像形成手段）Ｐａ〜Ｐｄ）が配置され、各画像形成ステーション（Ｐａ〜Ｐｄ）は像担持体として感光ドラム（２ａ〜２ｄ）を有する。また、その周りには専用の帯電手段（３ａ〜３ｄ）、画像情報に応じた光束を感光ドラム面上に照射するための走査光学装置（１ａ〜１ｄ）、現像手段（５ａ〜５ｄ）、ドラムクリーニング手段（４ａ〜４ｄ）、そして転写手段（６ａ〜６ｄ）等が各々配置されている。
【００６０】
５１ａ〜５１ｄは各々現像剤容器であり、各現像手段（５ａ〜５ｄ）に各々対応しており、走査光学装置（１ａ〜１ｄ）の水平部の直下で、かつ垂直部に並んで設けられており、円柱形状の現像剤カートリッジを着脱することにより現像剤の補給を行うものである。ここで画像形成ステーション（Ｐａ〜Ｐｄ）は各々シアン画像、マゼンダ画像、イエロー画像、ブラック画像を形成するところである。
【００６１】
一方、各画像形成ステーションは（Ｐａ〜Ｐｄ）を通過する態様で感光ドラム（２ａ〜２ｄ）の下方に無端ベルト状の転写ベルト（記録部材）６１が配置されている。そしてその転写ベルト６１は駆動ローラ６２と従動ローラ６３及び６５に張架され、さらにその表面を清掃するクリーニング手段６４が設けられている。
【００６２】
走査光学装置（１ａ〜１ｄ）は、光源手段としての半導体レーザ、該半導体レーザから出射した光束をポリゴンミラーに導光する入射光学手段を有する。そして該ポリゴンミラーで偏向された光束を像担持体としての感光ドラム（２ａ〜２ｄ）面上に結像させるトーリックレンズと球面レンズ、非球面レンズ等の光学素子とを有する結像手段を有する。そして該トーリックレンズと光学素子との間に設けた反射部材としての反射ミラー、そしてそれらの光学要素を一体的に収容する収容手段を有している。
【００６３】
このような構成において、まず第１の画像形成ステーションＰａの帯電手段３ａ、走査光学装置１ａによる露光等の公知の電子写真プロセス手段により感光ドラム２ａ面上に画像情報のシアン成分の潜像を形成する。その後、該潜像は現像手段５ａでシアントナーを有する現像剤によりシアンパターン像として可視像化され転写手段６ａでシアンパターン像が転写ベルト６１の表面に転写される。
【００６４】
一方、上記シアンパターン像が転写ベルト６１上に転写されている間に第２の画像形成ステーションＰｂではマゼンダ成分色の潜像が形成される。続いて現像手段５ｂでマゼンタトナーによるパターン像が得られ、先の第１の画像形成ステーションＰａで転写が終了した転写ベルト６１に転写手段６ｂにて精度よくマゼンタパターン像が重ねて転写される。
【００６５】
以下、イエロー像、ブラック像、についても同様な方法で画像形成が行われ、転写ベルト６１に４色のパターン像の重ね合わせが終了する。次いで転写ベルト６１上の４色パターン像は２次転写ローラ６６にて、給紙カセット７０内にあって給紙ローラ７１及び搬送ローラ対７２、レジストローラ対７３によりタイミングを合わせて搬送されたシート材Ｓ上に再び転写（２次転写）される。そして２次転写が終了したシート材Ｓは定着ローラ対７４で転写されたパターン像が加熱定着され、シート材Ｓにフルカラー画像が得られる。そしてフルカラー画像が形成されたシート材Ｓはローラ７５，７６を介してトレー７７に送られる。尚、転写が終了した各々の感光ドラム（２ａ〜２ｄ）はクリーニング手段（４ａ〜４ｄ）で各感光ドラム（２ａ〜２ｄ）から残留トナーが除去され、引き続き行われる像形成に備えられる。６９は画像情報検出装置である。同図において転写ベルト６１の奥側、中央、手前側の３ヶ所又は奥側と手前の２ヶ所に同構成の画像情報検出装置が各々配置されている。尚、転写ベルト６１の面は鏡面に近い状態となっている。
【００６６】
本実施形態では、画像形成のプロセスを行う前に、各画像形成部Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄは転写ベルト６１上にそれぞれ４つの画像形成部Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄに対応した画像としての位置検出用パターン像６９ａを形成する。即ち全体として各々４つの画像が形成されている。以下は簡単のために位置検出用パターン像は左右１つとして取扱う。画像情報検出装置６９は、上述した画像形成部のプロセスを実行するに先立って各感光ドラム２ａ〜２ｄの非画像形成領域に形成され、そして転写ベルト６１の搬送方向に転写された位置検出用パターン像６９ａの位置情報を検出する。その検出された検出信号によって各画像形成部Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄは制御部によって制御される。
【００６７】
【表１】
【符号の説明】
【００６８】
Ｓ１ 照明光学系 Ｓ２ 受光光学系 ３１ 光源手段 ３３ 光学素子
３４ 転写ベルト（像担持体） ３４ｂ パターン像 ３４ａ 照射面
１０１ 演算手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源手段と、該光源手段から出射した光束で、搬送されてくる像担持体の面を照射する照明光学系と、該像担持体の面に形成されている画像を介した光を受光する受光光学系と、
該受光光学系で得られる信号より該像担持体に形成された画像の画像情報を求める演算手段とを有する画像情報検出装置において、該照明光学系の光学面は球面又は球面と平面より成り、像担持体の面と平行であって、
該照明光学系からの光束のうち比例領域内の光線が集光する光束の径が像担持体の搬送方向と垂直な方向において最小となる位置にある面を理想結像面とし、像担持体の面と平行な面であって、該照明光学系の近軸光線が結像する該像担持体の面に対して垂直方向の位置にある面を近軸結像面とし、該理想結像面と該近軸結像面の該像担持体の面に対して垂直方向の相対的距離をΔとするとき、該像担持体の面が該理想結像面の位置に対し±０．５Δの範囲内に位置するように配置されていることを特徴とする画像情報検出装置。
【請求項２】
前記照明光学系は前記光源手段を内包する樹脂レンズと、１枚の正レンズを有することを特徴とする請求項１に記載の画像情報検出装置。
【請求項３】
該光源手段はＬＥＤより成ることを特徴とする請求項１に記載の画像情報検出装置。
【請求項４】
前記照明光学系の光学面は凸形状または凸形状と平面より構成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像情報検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像情報検出装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
光源手段と、該光源手段から出射した光束で、搬送されてくる像担持体の面を照射する照明光学系と、該像担持体の面に形成されている画像を介した光を受光する受光光学系と、
該受光光学系で得られる信号より該像担持体に形成された画像の画像情報を求める演算手段とを有する画像情報検出装置において、該照明光学系の光学面は球面又は球面と平面より成り、像担持体の面と平行であって、
該照明光学系からの光束のうち比例領域内の光線が集光する光束の径が像担持体の搬送方向と垂直な方向において最小となる位置にある面を理想結像面とし、像担持体の面と平行な面であって、該照明光学系の近軸光線が結像する該像担持体の面に対して垂直方向の位置にある面を近軸結像面とし、該理想結像面と該近軸結像面の該像担持体の面に対して垂直方向の相対的距離をΔとするとき、該像担持体の面が該理想結像面の位置に対し±０．５Δの範囲内に位置するように配置されていることを特徴とする画像情報検出装置。
【請求項２】
前記照明光学系は前記光源手段を内包する樹脂レンズと、１枚の正レンズを有することを特徴とする請求項１に記載の画像情報検出装置。
【請求項３】
該光源手段はＬＥＤより成ることを特徴とする請求項１に記載の画像情報検出装置。
【請求項４】
前記照明光学系の光学面は凸形状または凸形状と平面より構成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像情報検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像情報検出装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１１−２４２５１９（Ｐ２０１１−２４２５１９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１３１６９（Ｐ２０１０−１１３１６９）
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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