JP2005291855A

JP2005291855A - 光ビーム特性評価装置

Info

Publication number: JP2005291855A
Application number: JP2004105768A
Authority: JP
Inventors: Katsushi Abe; 克志阿部
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】リアルタイムでピッチ計測を行うことにより、複数の光ビームの特性を正確に評価することのできる光ビーム特性評価装置を提供する。
【解決手段】被走査面を主走査方向に走査するのに用いられるビーム光源５０を、走査中に１ドットに相当する走査期間中点灯させる点灯制御回路３５と、被走査面に設けられてビーム光源５０から射出された光ビームを検出する光ビーム検出手段５２と、光ビーム検出手段５２の検出結果に基づいて光ビームに要求される特性を評価する制御回路３８とを具備する光ビーム特性評価装置であって、ビーム光源５０は複数設けられて副走査方向に沿って複数の光ビームを射出し、点灯制御回路３５はビーム光源５０から射出される複数の光ビームを同時に点灯制御する一方、制御回路３８は複数の光ビームを同時に評価する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザープリンタ、複写機等の画像形成装置の評価装置に関し、更に詳しくは、画像形成装置の書込みユニットから感光体ドラム、感光体ベルト等の潜像担持体に向けて照射される光ビームに要求される特性の評価を行う光ビーム特性評価装置に関するものである。

従来から、レーザープリンタ、複写機、ファクシミリ装置等の画像形成装置では、作像ユニットに設けられた感光体ドラムの表面を、書込みユニットからの光ビームを用いて主走査方向に走査すると共に副走査方向に走査して感光体ドラムの表面に書込みを行うことにより静電潜像を形成し、この静電潜像が形成された感光体ドラムの表面にトナーを付着させて顕像化させることによりトナー像を形成し、このトナー像を転写紙に転写すると共に定着して、その転写紙に画像を形成するようにしたものが知られている。

その書込みユニットには、光ビームを走査するための走査光学系が設けられ、感光体ドラムの表面に対する主走査方向への走査はこの走査光学系により行われ、感光体ドラムの表面に対する副走査方向への走査はその感光体ドラムの回転により行われる。

ところで、これらの画像形成装置では、書込み対象としての感光体ドラムの表面に書込みを行うに際して、その書込みユニットの光ビームに要求される特性を評価するようにしている。

例えば、複写機を例に挙げると、原稿の画像情報を順次読み取ると共にこの画像情報を光ビームに変換しているが、感光体ドラムの表面での光ビームの書込み位置が設計的に予定された基準位置からずれるようなことがあると、原稿の画像情報に対応する画像をその基準位置に形成することができないという不都合が生じる。特に、書込みユニットに光ビームを発生するレーザー光源が２個設けられ、同時に２本の光ビームにより感光体ドラムの表面を主走査方向に走査して、通常の２倍の速度で感光体ドラムの表面に書込みを行う画像形成装置では、主走査方向の途中で、一方の光ビームの書込み位置と他方の光ビームの書込み位置とがずれるようなことがあると、原稿画像に忠実な画像を再現できないという問題がある。

１本の光ビームにより感光体ドラムに書込みを行う書込みユニットの場合、走査光学系を構成するポリゴンミラーの各面毎に書込み位置を求めることにより、ポリゴンミラーの各面での主走査方向の位置ずれ（主走査方向ピッチむら）、ポリゴンミラーの各面での副走査方向の位置ずれ（副走査方向ピッチむら）も評価対象となる。

複数本の多重光ビームにより感光体ドラムに書込みを行う書込みユニットの場合、これらの評価に加えてビーム間ピッチも評価対象となる。

ところで、従来、光ビームの主走査方向の特性の評価については、例えば、図７に示す構成のものが知られている（特許文献１参照）。

図７において、１は書込みユニット（光学ユニット）である。この書込みユニット１の内部には半導体レーザー２からなるビーム光源（レーザー光源）、ポリゴンミラー（回転多面鏡）３、ｆθレンズ４が設けられている。その半導体レーザー２は光アナログ変調器５により変調駆動される。光アナログ変調器５は原稿画像に対応して半導体レーザー２から射出されるレーザー光を強弱変調する。半導体レーザー２から射出されたレーザー光はポリゴンミラー３の回転により走査偏向される。

作像ユニットに設けられた感光体ドラムの表面に相当する被走査面相当面６には、主走査方向に間隔を開けて一対の光電変換素子７ａ，７ｂが設けられている。光電変換素子７ａ，７ｂの直前には受光位置精度（書込み位置精度）を高めるためにピンホール（丸い小孔）を有する遮光板８ａ，８ｂが設けられている。この一対のピンホール間の距離をＬとする。

半導体レーザー２を一走査期間中常時点灯させた状態で、ポリゴンミラー３を回転させて、光ビームＰ１を主走査方向Ｑ１に走査すると、光電変換素子７ａが光ビームＰ１を受光した後、光電変換素子７ｂが光ビームＰ１を受光し、受光時間の差と距離Ｌとにより、この書込みユニット１の光ビームＰ１の実際の走査速度を算出して求めることができる。この実際に測定された光ビームＰ１の走査速度が設計により予定された設計走査速度に対して速すぎたり遅すぎたりすると書込み基準位置がずれることになる。

そこで、この実際に測定された光ビームの走査速度が設計走査速度の許容誤差内にあるかを評価し、この許容誤差を超えている場合には、書込みユニットの走査速度が許容誤差内に入るように、ポリゴンミラー３の回転速度等を調節している。

この従来の光ビーム特性評価装置では、書込み位置そのものを直接的に求めることができず、あえて求めることにすると、光電変換素子７ａから出力信号が出力されてから光電変換素子７ｂから出力信号が出力されるまでの時間を求め、距離Ｌをこの時間で除算して実際の走査速度を求め、この走査速度を書込み位置に変換するための演算が必要であり、書込み位置を求めるための算出手順が煩雑となる。また、評価すべき光ビームの評価特性も限られたものとなる。

次に、感光体ドラムの表面上での光ビームＰ１のビーム径が設計で予定した設計値からずれた場合には、転写紙上に形成される画像のエッジがぼけたり、走査線われを生じたりして、画質が低下するという不都合がある。したがって、光ビームの被走査面でのビーム径又はビーム形状を評価することも要求される。

従来、光ビームのビーム径の評価は、ピンホール又はスリットを感光体ドラムの表面に相当する位置に設け、その直後に受光素子を設けて、静止状態での光ビームのビーム径を計測するようにしたものが知られている。しかしながら、この従来のビーム径の計測方法では、走査状態でのビーム径を計測することができない。

そこで、走査状態でのビーム径を計測するために、図８に示すように、感光体ドラムの表面に相当する被走査面相当面６に一次元ＣＣＤ９を設け、この一次元ＣＣＤ９に向かって進行する光ビームＰ１の光路中に、この光ビームＰ１を被走査面相当面に結像させる対物レンズ１０を設け、光ビームＰのビームスポットＳを主走査方向に沿って矢印Ｑ１方向に移動させつつ、この一次元ＣＣＤ９を矢印Ｑ２方向にｎ回駆動走査して、各画素Ｃ１〜Ｃｎの光量信号の一走査分を積算記憶する記憶回路と、この記憶回路からの信号を演算することにより光ビーム径を算出する評価方法及び光ビーム径評価装置が提案されている
（特許文献２参照）。

ところで、この従来の評価方法では、一次元ＣＣＤ９を矢印Ｑ２方向に一度駆動走査して、次に再び、一次元ＣＣＤ９を矢印Ｑ２方向に駆動走査するときには、一次元ＣＣＤ９の一走査期間ｔ１だけ時間が経過するため、この一走査期間ｔ１の間に光ビームＰ１は主走査方向（矢印Ｑ１方向）に移動している。したがって、この評価方法は、図９に模式的に示すようにビームスポットＳを静止させてｎ個の一次元ＣＣＤ９を等間隔毎に配設した構成と等価である。

この評価方法では、図９から明らかなように、一次元ＣＣＤ９の一走査期間ｔ１の間に光ビームＰ１は主走査方向に移動しており、ビームスポットＳが間引かれた状態で一次元ＣＣＤ９に取り込まれることとなる。さらに、一次元ＣＣＤ９のある画素Ｃｉを駆動走査してその画素情報を読み取ってからこれに隣接する画素Ｃｉ＋１を駆動走査してその画素情報を読み取るまでの駆動走査時間△ｔの間にも、光ビームＰ１が主走査方向（矢印Ｑ１方向）に移動するので、光ビームＰ１に対して一次元ＣＣＤ９を斜めに駆動走査してビームスポットＳの画像を取り込むことと等価となり、ビーム径の量子化時に誤差が発生しやすい。このビーム径の量子化時の評価誤差は、光ビームＰ１の走査速度が大きくなればなるほど大きくなる。

したがって、この従来の光ビーム特性評価方法（光ビームのビーム径評価方法）では、ビーム径の評価精度を向上させ難いという問題が残存している。

そこで、被走査面を走査するのに用いられるビーム光源を、走査中に１ドットに相当する走査時間中点灯させることによって、光ビームに要求される特性を測定するようにした光ビーム特性評価装置が提案されている（特許文献３参照）。

上記光ビーム特性評価装置においては、複数の光源を有する半導体レーザーアレイ、または複数の半導体レーザーやレーザーアレイを組み合わせて複数の光ビームを射出させており、被走査面における複数の光ビームの特性を評価する場合は、それぞれの光ビームを順番に点灯させている。これは、２つ以上の光ビームのピッチ（光ビームと光ビームとの間隔）が接近すると、光ビームスポットが重なって光ビームスポットの正しい位置やビーム径が計測できなくなるので、これを回避するためである。
特開平５−２８４２９３号公報特開平４−３５１９２８号公報特開平１１−７２３８３号公報

しかしながら、上記特許文献３の技術では、点灯の切換時間が必要なため、リアルタイムでのピッチ計測が難しいという問題がある。一般に、ポリゴンモータの回転ムラや書込み開始位置ずれ（同期検知位相合わせ精度）により、主走査ピッチには主走査ピッチ誤差が、また光軸ずれ（ハウジングの振動やピッチ調整時の外力により）により、副走査ピッチには副走査ピッチ誤差がそれぞれ加わっており、リアルタイムでピッチ計測を行わないと、計測結果に主走査ピッチ誤差や副走査ピッチ誤差が影響し、光ビーム特性の正確な評価結果が得られない。

しかも、光ビーム特性評価装置を用いての評価は実際の動作状態とは若干異なっており、主走査ピッチ誤差や副走査ピッチ誤差の影響はできる限り取り除くのが望ましい。

本発明の課題は、リアルタイムでピッチ計測を行うことにより、複数の光ビームの特性を正確に評価することのできる光ビーム特性評価装置を提供することになる。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、被走査面を主走査方向に走査するのに用いられるビーム光源を、走査中に１ドットに相当する走査期間中点灯させる点灯制御回路と、前記被走査面に設けられて前記ビーム光源から射出された光ビームを検出する光ビーム検出手段と、該光ビーム検出手段の検出結果に基づいて前記光ビームに要求される特性を評価する評価処理手段とを具備する光ビーム特性評価装置であって、前記ビーム光源は複数設けられて副走査方向に沿って複数の光ビームを射出し、前記点灯制御回路は前記ビーム光源から射出される複数の光ビームを同時に点灯制御する一方、前記評価処理手段は前記複数の光ビームを同時に評価することを特徴としている。

上記構成によれば、ビーム光源から射出された複数の光ビームが同時に点灯制御されるので、リアルタイムでピッチ（主走査ピッチと副走査ピッチ）計測を行うことが可能となり、複数の光ビームの位置やビーム径を高速に且つ高精度に測定することができる。その結果、複数の光ビームの特性を正確に評価することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記点灯制御回路は、前記複数のビーム光源のうち、全てのビーム光源、または選択された幾つかのビーム光源を同時に点灯させることを特徴としている。このようにすれば、点灯制御の自由度が高くなる。

請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記点灯制御回路は、前記複数のビーム光源の各点灯を主走査方向に数ドット分位置をずらした点灯パターンに点灯制御することを特徴としている。このようにすれば、全ドットに対するピッチ計測を同時に行うことが可能となる。

本発明によれば、リアルタイムでピッチ計測を行うことができ、これにより、複数の光ビームの特性を正確に評価することが可能となる。

また、複数の光ビームに対してピッチ計測を同時に行っているので、計測時間は増加せず、コストアップを抑制することができる。

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。

図１は、本発明に係る光ビーム特性評価装置の概略構成を示している。この光ビーム特性評価装置は、複数のビームを同時に点灯し１ドットの主走査の点灯位置を制御可能な点灯制御回路３５と、ビーム光源５０と、ビーム走査部５１と、光ビーム検出手段（ＣＣＤカメラ）５２と、複数のビームを同時に評価する評価処理手段としての制御回路３８とを備えている。また、点灯制御回路３５には点灯位置制御回路３５Ａが設けられ、制御回路３８には、画像処理ボード３９と、点灯制御回路３５に接続されたインターフェース（Ｉ／Ｆ）３８Ａがそれぞれ設けられている。

図２は、評価対象としての光ビーム光源（レーザー光源）を搭載した書込みユニットと、この書込みユニットから射出された光ビームが書込まれる感光体ドラムとの位置関係の一例を示す斜視図である。

この図２において、ビーム光源５０として、レーザーダイオード（半導体レーザー）ＬＤ１，ＬＤ２，…が設けられ、これらレーザーダイオードＬＤ１，ＬＤ２，…に対応してコリメートレンズ１１，１２，…が配置されている。本実施例では、後述するようにレーザーダイオードＬＤ１，ＬＤ２，…は４個設けられている。そのため、コリメートレンズ１１，１２，…も４個設けられている。なお、レーザーダイオードやコリメートレンズは６個ずつ又は８個ずつでもよい。

また、図２において、１５は光路合成用光学部材、１６は１／４波長板、１７，１８はビーム整形光学系である。これらレーザーダイオードＬＤ１，ＬＤ２，…、コリメートレンズ１１，１２，…、および各光学要素１５〜１８はレーザー光源部（ビーム光源）Ｓｏｕを構成している。レーザー光源部Ｓｏｕから射出された光ビームＰ１は、走査光学系の一部を構成するポリゴンミラー１９に導かれ、このポリゴンミラー１９の各面２０ａ〜２０ｆにより主走査方向Ｑ１に反射偏向される。

その反射偏向された光ビームはｆθ光学系の一部を構成する反射ミラー２１，２２に導かれ、反射ミラー２２により反射偏向された光ビームは、ｆθ光学系２３を通過して斜設反射ミラー２４に導かれ、この斜設反射ミラー２４により感光体ドラム２５の表面２６に導かれる。感光体ドラム２５の表面２６はその光ビームＰ１により主走査方向Ｑ１にリニアーに走査される。この表面２６が光ビームＰ１による被走査面であり、この被走査面に書込みが行われる。

レーザー光源部Ｓｏｕ、ポリゴンミラー１９、反射ミラー２１，２２、ｆθレンズ２３、反射ミラー２４は書込みユニット１に搭載され、感光体ドラム２５は作像ユニット（図示省略）に搭載されている。

書込みユニット１には、反射ミラー２４の長手方向両側（光ビームの主走査方向Ｑ１）に同期センサ２７，２８が設けられている。同期センサ２７は書込み開始タイミングの決定に用いられ、同期センサ２８は書込み終了タイミングの決定に用いられる。

次に、本発明に係る光ビーム特性評価装置の具体例を図３を参照しつつ説明する。

その図３において、２９はポリゴンミラー駆動用のパルスモータ、３０はそのパルスモータ駆動制御用の駆動制御回路である。感光体ドラム２５の表面２６に相当する被走査面相当面３１には、光ビーム検出手段５２としてＣＣＤカメラ３２〜３４が設けられている。そして、ＣＣＤカメラ３２〜３４は各エリア型撮像素子（撮像面）３２ａ〜３４ａが光ビームＰ１の走査開始側から走査終了側に向かって等間隔となるよう配置されている。

すなわち、ＣＣＤカメラ３２〜３４は、書込みユニットが搭載される画像形成装置（複写機等）の書込みユニットから出射された光ビームが照射される光ビーム照射部材（潜像担持体）の光照射開始位置（シート最大サイズの光照射開始位置）、光照射終了位置、中間位置に配置され、実際に使用すべき位置を評価することができる。

レーザーダイオードＬＤ１，ＬＤ２，…は点灯制御回路３５により点灯制御される。その点灯制御回路３５は時刻計時用のクロックパルスを発振するクロックパルス発振器３６とクロックパルスをカウントするカウント回路３７とを備えている。点灯制御回路３５には同期センサ２７の同期パルスが入力される。

点灯制御回路３５と駆動制御回路３０は、制御回路３８により制御される。その制御回路３８には画像処理用の入力ボード３９が設けられている。ここでは、この入力ボード３９には入力系統が３個のもの、例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂの入力系統を有する画像処理ボードが用いられている。

エリア型撮像素子３２ａは主走査方向開始側に設けられ、エリア型撮像素子３４ａは主走査方向終了側に設けられ、エリア型撮像素子３３ａは主走査方向中央位置に設けられ、各エリア型撮像素子３２ａ〜３４ａの画像出力は入力ボード３９を通じて制御回路３８に取り込まれる。その制御回路３８は、算出回路４０と評価処理回路４１とを有する。

なお、図１に示したビーム走査部５１は、図３においては、ポリゴンミラー１９やｆθ光学系２３等に相当している。

次に、上記構成の光ビーム特性評価装置の作用について説明する。

図４に示すように、光ビームを評価する場合、レーザーダイオードＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４を同時に点灯させ、各ドット（ビームスポット）を被走査面相当面３１上に形成させる。このとき、レーザーダイオードＬＤ１によってドット６１が、レーザーダイオードＬＤ２によってドット６２が、レーザーダイオードＬＤ３によってドット６３が、レーザーダイオードＬＤ４によってドット６４がそれぞれ形成され、これらドット６１〜６４は副走査方向に沿って配置される。

また、各ドットが主走査方向に範囲Ａで左右にずれるようレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤ４の照射の向きが調整されている。図４においては、ドット６１を基準にして、ドット６２はドット６１よりも左側に、ドット６３はドット６１と同位置に、ドット６４はドット６１よりも右側になるよう調整されている。

このように、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤ４を同時に点灯させることにより、リアルタイムで主走査ピッチと副走査ピッチの計測を行うことが可能となり、各ドット６１〜６４の位置や径を高速に且つ高精度に測定することができる。その結果、複数の光ビームの特性を正確に評価することが可能となる。

図５では、光ビームを評価する場合、レーザーダイオードＬＤ１，ＬＤ３を同時に点灯させ、レーザーダイオードＬＤ２，ＬＤ４は消灯させている。図５において、実線で示されたドット６１，６３はレーザーダイオードＬＤ１，ＬＤ３が点灯していることを示し、破線で示されたドット６２，６４はレーザーダイオードＬＤ２，ＬＤ４が消灯していることを示している。このようにすれば、点灯制御の自由度が高くなる。

なお、上記とは逆に、レーザーダイオードＬＤ１，ＬＤ３を消灯させ、レーザーダイオードＬＤ２，ＬＤ４を同時に点灯させてもよい。また、レーザーダイオードＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４のいずれか３つを同時に点灯させ、残りの１つを消灯させるようにしてもよい。

図６は、光ビームを評価する場合、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤ４を同時に点灯させるとともに、各ドット６１〜６４が主走査方向に数ドット分位置をずらした点灯パターンとなるよう、各レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤ４の照射方向を調整することを示している。この場合、ドット６１に対する各ドット６２，６３，６４のオフセットが予め設定されているが、図６においては、各ドット６２，６３，６４の測定値が設定したオフセットからずれている。すなわち、ドット６２は図の右側に＋Ｘずれ、ドット６３は±０でずれはなく、ドット６４は図の左側に−Ｘずれている。これらずれは主位置偏差であり、この主位置偏差は「測定値−オフセット」で算出できる。

図６のようにすれば、ドット６１〜６４の重なりが生じないため、全ドット６１〜６４に対するピッチ計測を同時に行うことが可能となり、測定時間を短縮することができる。

なお、図６ではドット６１〜６４が斜めに配置される点灯パターンであったが、ドット６１〜６４の各々を主走査方向に沿って左右交互に数ドット分ずつずらした、つまり千鳥足状に配置した点灯パターンにすることもできる。

本発明に係る光ビーム特性評価装置の概略構成図である。書込みユニットの内部構成の概略を示す斜視図である。本発明に係る光ビーム特性評価装置の内部構成の詳細を示す図である。４個のレーザーダイオードを点灯させて光ビームを評価する一例を示す図である。４個のレーザーダイオードのうち、２個のレーザーダイオードを点灯させて光ビームを評価する一例を示す図である。４個のレーザーダイオードを点灯させるとともに、主走査方向に数ドット分位置をずらした点灯パターンで、光ビームを評価する一例を示す図である。光ビーム走査特性評価装置の従来例を示す説明図である。光ビーム走査特性評価装置の従来例を示す図であって、光ビームの走査中のビーム径測定を一次元ラインＣＣＤを用いて測定する状態を示す説明図である。図８に示す走査中の光ビームを静止させたとみなして、走査中の光ビームのビーム径を図８に示す一次元ラインＣＣＤを用いて測定すると考えたときの説明図である。

符号の説明

１９ポリゴンミラー
２３ｆθ光学系
３５点灯制御回路
３８制御回路（評価処理手段）
５０ビーム光源
５１ビーム走査部
５２光ビーム検出手段
６１〜６４ドット
ＬＤ１〜ＬＤ４レーザーダイオード

Claims

被走査面を主走査方向に走査するのに用いられるビーム光源を、走査中に１ドットに相当する走査期間中点灯させる点灯制御回路と、前記被走査面に設けられて前記ビーム光源から射出された光ビームを検出する光ビーム検出手段と、該光ビーム検出手段の検出結果に基づいて前記光ビームに要求される特性を評価する評価処理手段とを具備する光ビーム特性評価装置であって、
前記ビーム光源は複数設けられて副走査方向に沿って複数の光ビームを射出し、
前記点灯制御回路は前記ビーム光源から射出される複数の光ビームを同時に点灯制御する一方、前記評価処理手段は前記複数の光ビームを同時に評価することを特徴とする光ビーム特性評価装置。
請求項１に記載の光ビーム特性評価装置において、
前記点灯制御回路は、前記複数のビーム光源のうち、全てのビーム光源、または選択された幾つかのビーム光源を同時に点灯させることを特徴とする光ビーム特性評価装置。
請求項１に記載の光ビーム特性評価装置において、
前記点灯制御回路は、前記複数のビーム光源の各点灯を主走査方向に数ドット分位置をずらした点灯パターンに点灯制御することを特徴とする光ビーム特性評価装置。