JPH01302314A - 光ビーム位置検出用受光素子及び回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光ビームの位置検出用の受光素子及び回路に
関するものである。

［従来の技術］ レーザプリンタの動作原理を第６図に示す。

半導体レーザ・ガスレーザ等の光源ｌから出射した光は
、レンズ系２を介して微小なスポットに絞り込まれ、回
転するポリゴンミラー３に入射する。ポリゴンミラー３
により反射された光ビーム４は、ポリゴンミラーの回転
に応じて、感光体ドラム５上を往復運動、即ちスキャン
する。このとき、レーザ光の駆動回路によりレーザを０
Ｎ−ＯＦＦすれば所定の部分（ドツト）のみ感光するの
で、スキャンを繰返し１、任意のドツトを感光させるこ
とによって、文字・図形等を印字することができる。

ところが、高密度印字（例えば漢字等）が背反し、高速
化が進んでくると、ポリゴンミラーの回転変動、レーザ
駆動パルスの時間変動等により、光ビームのスキャン開
始位置とレーザ光のＯＮ・ＯＦＦのタイミングがずれる
ので、例えば１ライン（１スキヤン）毎に印字ドツトが
変動し１、縦線が揺らいだり、文字が変形したりする現
象を生ずる。

光位置検出器６は、この対策として、レーザビームの初
期位置を検出するために設けられたものである。即ち、
スキャン毎に光ビームが光位置検出器６を横切るタイミ
ングを検出し、その時点を基準にレーザの０Ｎ−ＯＦＦ
タイミングを決め、ビームのスキャンが不安定になって
も、感光ドラムの印字位置を正確に合わせようとするも
のである３ 第７図に光位置検出器６の受光素子の受光部の構成例を
示す。光ビームのクロス時点を正確に検出するため、受
光部７は、２つの分割された受光エレメント７ａ、７ｂ
を集積化した形態（２分割受光素子）となっており、両
受光エレメント７五。

７ｂの間には、暗線部（暗線部幅ｊ）があり、この暗線
部によってビームの通過位置を検出する。

この受光素子を用いたビーム検出回路の一例を第８図に
、その動作波形を第９図に示す。

光ビーム４が受光エレメント７ａ、７ｂを横切ると、受
光エレメント７ａ、７ｂに所属のプリアンプ８ａ、８ｂ
より、第９図（＾）、　（Ｂ）に示す波形の信号が得ら
れる。信号（Ａ）、　（Ｂ）の時間差は、光ビーム４の
スキャン速度（ポリゴンミラーの面数。

回転速度、ミラー−ドラム間距離により決まる）と、受
光エレメント７ａ、７ｂ間の間隔（中心間距離）とによ
って決まる。プリアンプ８は、受光エレメント７ａ、７
ｂによって検出し、た光信号を電気信号に変換する働き
をなす。この２つの信号（Ａ）、　（Ｂ）をオペアンプ
等で構成し、た差動アンプ９に入力して両信号の差を取
ると、第９図（Ｃ）に示す波形の信号が得られ、図中に
示すバイアスゼロとのクロス点（ゼロクロス点）を、光
ビームが受光素子の暗線部をクロスした時点として抽出
できる。このように２つの受光エレメントの信号の差を
演算する方法は、レーザ光の強度変動等の同相成分をキ
ャンセルできるので、安定な出力が得られるという特徴
がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、この方法にも問題がある。それはビームと受光
素子の相対位置の調整が難しいという点である。つまり
、第８図に４で示すように光ビームが受光部７の中心を
横切っても、１０４で示すように受光部７の端を横切っ
ても、得られる波形には全く違いがないということによ
って生ずる問題である。一般にポリゴンミラー３と感光
ドラム５間の距離は、数十■程度と大きいので、光源。

レンズ系、ポリゴンミラー、感光ドラムの相対位置が、
取付は部の変形等により変化すると、感光ドラム５上ま
た受光部７上の光ビーム位置の変化は大きなものとなる
。このため、例えば光ビーム位置が１０４のように設定
されていると、このような変形により、受光部７を外れ
て光ビームが通過することも考えられる。

このため、初期設定時に光ビームの通過位置を検出し、
光ビームが受光部７の中央に通過するように合わせる必
要がある。

一方、この第８図の回路には次のような問題点もある。

ゼロクロス点を正確に検出するためには、比較回路１０
のしきい値をゼロバイアス（ここではアース電位とする
）に取らなければならないが、このときの信号には雑音
（アンプの熱雑音等）があるので、光ビームが入射して
いないとき、第９図［０）に示すように雑音パルスが発
生する。この雑音パルスは、熱雑音を増幅したもの、即
ち比較回路によって増幅し２、ディジタル化したもので
あるため、パルス幅がランダムに変化し、抽出すべきゼ
ロクロス点のパルスとの区別が難しい。

雑音パルスの発生を避けるためには、比較回路１０のし
きい値を変える（オフセットを持たせる）必要がある。

しかし１、この方法によると、重要なゼロクロス点の位
置かずれてしまうため１本来の特徴が失われてしまう。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、ビ
ームの通過位置を検出可能な受光素子を提供することに
ある。

本発明の他の目的は、光ビームのクロス点を正確に検出
すると共に、雑音パルスの発生を防止する新規なビーム
検出回路を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の光ビーム位置検出用受光素子は、受光素子の受
光部を複数の受光エレメントに分割し７、各受光エレメ
ントから独立して電流を取出させる如く構成した複合受
光素子において、２つの受光エレメントを等間隔に平行
に並べ、且つ各受光エレメントの両端にそれぞれ電極を
設けて構成したものである。この場合、平行に並べた２
つの受光エレメントは、その平行線に対して傾斜し、た
線に添って分離してもよいし、あるいは一体のままとし
てもよい。

別の形態としては、光ビームの透過方向に等間隔で２つ
の受光エレメントを並置し７、この２つの受光エレメン
トの平行線に対して傾斜し、た楔状の受光セグメントを
、前記２つの受光エレメントの光ビーム通過方向前側及
び後側に配設し、各受光エレメント及び受光セグメント
から独立して電流を取出す構成とする。

光ビーム位置検出回路としては、繰返しスキャンされる
光ビームの所定通過位置に配置した受光素子と、この受
光素子を構成する２つの並置された受光エレメントから
得られる差及び和の信号を作成する回路と、和信号が一
定の値より大きな振幅となったときのみ差信号を出力さ
せる回路とを設けて構成する。

［作用］ 上記構成の光ビーム位置検出用受光素子では、光ビーム
によって励起した電荷は両端の電極に引寄せられるが、
距離が近い電極に多くの電流が流れる傾向を示す。従っ
て、光ビームが受光部のどの部分を通過するかによって
、両電極から取り出される電流の大きさに違いを生ずる
。よって、両電極間の電流を知ることにより、光ビーム
の通過位置を検出できる。尚、光ビームはガスレーザ、
半導体レーザ等、いずれの光ビームであってもよい９ 但し２、両端の電極間の電流によって、ビーム位置を検
出し、ようとするものであり、両端の電極間隔が大きい
こと、又は、受光素子の縦横の比率が大きいことが、望
まし、い、これは両端の電極間隔が近いと、両電極に同
じ電流が流れ、場所による違いが検出し誼くなるためで
ある。

光ビーム位置検出回路では、２つの受光エレメントから
得られる２つの信号の「差」及び「相」を取る。差信号
は、従来と同じゼロクロス検出信号となる。一方、和信
号は、それが一定値より大きな振幅となる条件下では、
この差信号に対し、次の関係となる。即ち、和信号の立
上り時点は、オフセットのないゼロクロス検出信号の立
上りより遅れ、立下り時点は光ビーム通過後の雑音パル
ス発生時点より前になる。従って、和信号が一定の値よ
り大きな振幅となったときのみ差信号を出力させるよう
にすると、その出力は、立下りがゼロクロス点に一致し
、雑音のないパルスが得られる。

尚、２つの受光エレメントは、２つの独立し、た受光素
子であってもよいし、１つの素子内に２つの受光部を集
積化した複合受光素子であってもよい。

［実施例］ 本発明の受光素子の一実施例を第１図に示す。

従来は、第７図に示す如く、受光部７を構成する等間隔
かつ平行に並べた受光エレメント１１゜１２に対し、そ
れぞれ１つの＠＠１３　、１４が設けられていたのに対
し、第１図に示す本発明の実施例においては、受光エレ
ント１１．１２の両端に電極を設け、電４ｉｉｉ１５，
１６を新たに付加している点に特徴がある。電ｆｌ！１
３と１５．１４と１６にはそれぞれ同一電位が与えられ
ている。

光ビームによって、励起した電荷は両端の電極に引寄せ
られるが、距離が近い電極に多くの＠流が流れる傾向を
示す、従って、光ビームの通過位置によって画電極の電
流が変化することになるので、ビームの通過位置を推定
することができる。

第２図、第３図に、本発明の変形実施例として、上記２
つの受光エレメントを、それぞれ更に光ビームのスキャ
ン方向に前後２つに分けて配！し、計４セグメントの配
置形態とし、た場合を示す。

第２図は、受光エレント１１．１２を、それぞれ２つの
受光セグメントｌｌａとｌｌｂ、１２ａと１２ｂに分割
し１、且つ、分割後の各受光セグメントの形状を、図に
示し、たように、傾斜し、た楔形状としたものである８
分割線は、受光セグメント１１．１２の並べられている
平行線に対し、傾斜したものとする。分割によりできた
計４つの受光セグメントｌｌａ、ｌｌｂ、１２ａ、１２
ｂの基端部には、それぞれ単独に電極１３，１５，１４
゜１６を設ける。

このように受光エレメント１１．１２を分割し、た場合
、例えば受光セグメントｌｌａとｌｌｂの電流の差をと
ると、光ビームが横切る位置によって受光部の幅が変わ
るので、電流差も変化する。

従って、第１図に示した受光部７を有する受光素子によ
り、受光部７を通過し、た光ビーム４の位置を明瞭に検
出することができる。尚、この場合、光位置検出器６を
クロスした時点を把握するゼロクロス検出信号を得るた
めには、受光セグメント１１ａとｌｌｂの和信号と、受
光セグメント１２ａと１２ｂの和信号を作成し、両者の
差信号を作り出す必要がある。

第３図は他の変形実施例を示している。本来のゼロクロ
ス信号検出に使用する受光エレメント７ａ、７ｂの構成
は第７図と同じであり、その光ビーム通過方向前側及び
後側に、傾斜し、た楔状の受光セグメント１７．１８を
設け、それらの基端部に電極１９．２０を付加し、たも
のである、受光セグメント１９．２０の電流を比較する
ことにより光ビームの通過位置を予測できる。又、ゼロ
クロス信号検出用の受光エレメント１１．１２の部分の
構成は従来のままなので、ゼロクロス信号の、検出も容
易である。

本発明の市の実施例を第４図に、動作波形を第５図に示
す。

従来回路と異なる点を中心に以下に説明する。

受光エレメント７ａ、７ｂから取り出された２信号は、
プリアン７８ａ、８ｂによって増幅された後、「差」の
演算回路としての差動アンプ９に入力されると共に、抵
抗から成る「和」の演算回路２１に入力され、演算回路
２１に接続された増幅口ｆＩ＠２２を通して、第５図（
Ｅ）に示す波形の「和」信号が得られる９この和信号（
Ｅ）は、しきい値ＶＨに設定された比較回路２３を通し
てパルス化（ディジタル化）され、ＡＮＤゲート２４に
入力される。一方、差動アンプ９からのｒ差Ｊ信号は比
較回路１０によってパルス化され、同様にＡＮＤゲート
１４に入力される。

このとき、和信号（［）に対する比較回路２３のしきい
値Ｖｔｋは、第５図（Ｅ）のように、和信号（Ｅ）に含
まれる雑音電圧より充分大きな値に選ぶ９この方法によ
り、比較回路出力（Ｆ）には雑音パルスの発生はない。

又、このようにし、きいｆＭ　Ｖ　ｔ　ｈを選ぶことに
よって、比較回路２３の出力パルス（第５図（Ｆ））の
立上り時点は、オフセットのないゼロクロスパルス（第
５図（Ｄ））の立上りより必ず遅れる。更に、同様の理
由によって、比較回路２３の出力パルス（Ｆ）の立下り
時点は、ゼロクロスパルス（Ｄ）の雑音パルス発生開始
時点く第５図のｔＮ）より必ず前になる。

従って、ゼロクロスパルス（Ｄ）と比較口８２３の出力
パルス（［）をＡＮＤゲート２４に入力すると、その出
力（第５図（Ｇ））は、立下りがゼロクロス点に一致し
、且つ雑音のないパルスが得られる。ゼロクロス検出に
当たっては、オフセットを持たない比較回路を用いるこ
とにより、正確なゼロクロス点を得ることができる。

［発明の効果コ 本発明は、上記のように構成されているので、下記の効
果を奏する。

（１）光ビーム検出用受光素子は、光ビームが通過する
とき、その通過位置のずれを検出できるので、光ビーム
を受光素子の受光部中央に合わせることが可能になる。

これにより、光学系の変形その他の原因による光ビーム
の位置ずれに対し１、余裕を持たせることができる。又
、これによって受光素子を必要以上に大きくする必要が
なくなるので、広帯域化することも可能になる。

（２）２つの受光素子から得られる信号の差信号から得
られるゼロクロスパルス（光ビームが通過する時点を示
すパルス）と、和信号から得られるゲートパルスを用い
る二とにより、雑音のないゼロクロスパルスを検出でき
る。

ゼロクロスパルスは、オフセットを持たない比較回路を
用いることで、ゼロクロス点の検出精度を高く維持でき
る。また、光ビーム位置検出回路の受光素子は、従来の
まま変更する必要がなく、し、かも回路構成が簡単であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の受光素子の一実施例を示す構成図、第
２図及び第３図はそれぞれ変形実施例を示す受光素子の
構成図、第４図は本発明の光ビーム位置検出回路の一実
施例を示す図、第５図は第４図の回路の動作を示すタイ
ムチャート、第６図はレーザプリンタの原理を示す図、
第７図は従来の受光素子の受光部の構成を示す図、第８
図は従来の光ビーム位置検出回路を示す図、第９図は第
８図の回路の動作を示すタイムチャートである。 図中、１は光源、２は光学系、３はポリゴンミラー、４
は光ビーム、５は感光体ドラム、６はビーム位置検出用
受光素子、７は受光部、７ａ。 ７ｂは受光エレメント、８ａ、８ｂはプリアンプ、９は
差動アンプ、１０は比較器、１１．１２は受光エレメン
ト、ｌｌａ、ｌｌｂ、１２ａ、１２ｂは受光セグメント
、１３，１４，１５．１６は電極、２１は「和」の演算
回路、２２は増幅回路、２３は比較回路、２４はＡＮＤ
ゲートを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、受光素子の受光部を複数の受光エレメントに分割し
   、各受光エレメントから独立して電流を取出させる如く
   構成した複合受光素子において、２つの受光エレメント
   を等間隔に平行に並べ、且つ各受光エレメントの両端に
   それぞれ電極を設けたことを特徴とする光ビーム位置検
   出用受光素子。 ２、光ビームの通過方向に等間隔で２つの受光エレメン
   トを並置し、この２つの受光エレメントの平行線に対し
   て傾斜した楔状の受光セグメントを、前記２つの受光エ
   レメントの光ビーム通過方向前側及び後側に配設し、各
   受光エレメント及び受光セグメントから独立して電流を
   取出させるように構成したことを特徴とする光ビーム位
   置検出用受光素子。 ３、繰返しスキャンされる光ビームの所定通過位置に配
   置した受光素子と、この受光素子を構成する２つの並置
   された受光エレメントから得られる差及び和の信号を作
   成する回路と、和信号が一定の値より大きな振幅となっ
   たときのみ差信号を出力させる回路とを設けたことを特
   徴とする光ビーム位置検出回路。