CN1102315C - 光束位置控制装置和图像形成设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种光束位置控制装置，包括：光束产生装置(31)；具有多个反射面的偏转装置(35)；检测光束在图像载体表面上的通过位置的第一检测装置(38)；检测光束通过的时钟的第二检测装置(S1)；计算校正上述通过位置的光路修正量、具有积分装置的运算装置(51)；以及对光束的位置进行修正的修正装置。还提供使用这样的光束位置控制装置的图像形成设备。

Description

光束位置控制装置和图像形成设备
本发明涉及例如利用多个激光光束在单一的感光体圆筒上同时扫描曝光用于在上述感光体圆筒上形成单一的静电潜像的光束扫描装置和使用该光束扫描装置的数字复印机及激光打印机等图像形成设备。
近年来，例如已利用激光光束的扫描曝光和电子照相过程开发了各种进行图像形成的数字复印机。
并且，最近为了进一步实现图像形成速度的高速化，又开发了多光束方式的即发生多个激光光束并利用这多个激光光束进行多行同时扫描的数字复印机。
在这样的多光束方式的数字复印机中，具有发生激光光束的多个半导体激光发生器、将从这多个激光发生器输出的各激光光束向感光体圆筒反射并利用各激光光在描感光体圆筒上扫描的多面镜等多面旋转镜和以准直仪透镜及f-θ透镜等为主体而构成的作为光束扫描装置的光学系统单元。
但是，在先有的光学系统单元的结构中，在感光体圆筒上(被扫描面)要想使多个光束间相互的位置关系成为理想的位置关系是非常困难的，为了实现这一点，就要求非常高的部件精度和组装精度，从而成为装置成本提高的主要原因。
另外，即使已组装成了理想的位置关系，也会由于温度变化及湿度变化等环境变化或者随着时间的推移透镜的形状发生微小的变化而引起部件相互间的位置关系发生微小的变化，光束相互间的位置关系就会发生混乱，从而不能形成高品质的图像。因此，为了实现这样的光学系统，必须使用抗这些变化的性能强的结构或部件。特别是对于透镜，抗环境变化和随时间的变化性能强的玻璃透镜是昂贵的，是装置的成本提高的主要原因。
这里，使用图15A、15B和图16A、16B说明在多光束中使用位置偏离的光束形成图像时引起的图像不良。
例如，形成图15A所示的“T”的文字时，如果光束的通过位置偏离指定的位置，就会成为图15B所示的图像。本图的例子是使用4个光束a～d的情况，是光束b的通过位置偏离指定位置、光束a和b的间隔变窄而光束b和c的间隔变宽的例子。
图16A是未正确地控制各光束的发光时刻时的图像的例子。由图可知，如果未正确地控制光束相互间的发光时刻，主扫描方向的图像形成位置就会混乱，从而纵线就不会形成笔直的线。
图16B是光束的通过位置和光束的发光时刻均未正确地控制时的图像，同时发生了副扫描方向的图像不良和主扫描方向的图像不良。
这样，在用多光束形成图像时，为了将副扫描方向的光束通过位置控制为指定的间隔和将主扫描方向的图像形成位置对齐，就必须控制各光束的发光时刻。
本发明的目的旨在提供即使光学系统随环境变化及随时间的变化等而发生变化也可以将被扫描面上的光束的位置总是控制在指定的位置从而可以总是保持高画质的光束扫描装置和图像形成设备。
另外，本发明的目的还在于提供特别是使用多个光束时在光学系统的组装中不必特别的精度和调整而且即使光学些随环境变化及随时间的变化而发生变化也可以将被扫描面上的各光束相互间的位置关系总是控制为理想的位置从而可以总是保持高画质的光束扫描装置和图像形成设备。
本发明是具有发生光束的装置(31a～31d)、通过使从该发生装置发生的光束向像载体表面反射从而扫描该像载体表面的装置(35、36、37)、检测从该扫描装置输出的光束通过该像载体表面的位置的装置38)、计算使该光束的通过位置成为合适位置的光路修正量的运算装置(51)、根据由该运算装置计算的该光路修正量修正该光束的通过位置以使该光束的通过位置合适的装置(33a～d)的光束通过位置控制装置。
本发明利用上述结构产生以下所示的作用和效果。即，为了更正确地控制通过像载体表面的光束的位置，通过研究各装置的动作例如改变光束的强度或修正扫描速度等，实现了比以往更高的精度检测光束的位置。这样，根据更正确的光束的位置，计算并求出准确的光束的修正量，就可以进行更高精度的光束的通过位置的修正，从而可以实现精度高的光束的位置控制。
另外，本发明是具有发生光束的装置(31a～31d)、通过使从该发生装置发生的光束向像载体表面反射并扫描该像载体表面的装置(35、36、37)、检测从该扫描装置输出的光束通过该像载体表面的位置的装置(38)、计算使该光束的通过位置成为合适位置的光路修正量的运算装置(51)、根据由该运算装置计算的该光路修正量修正该光束的通过位置以使该光束的通过位置合适的装置(33a～d)、根据使用该像载体而得到的图像信息形成图像的装置(15)和当上述检测装置检测光束的通过位置时就可以光束发生装置的发光强度尽可能大于上述图像形成装置形成图像时的发光强度的装置(51)的光束通过位置控制装置。
本发明利用上述结构产生以下所示的作用和效果。即，通过发生比图像形成时更强的光束，可以进一步提高光束的位置检测的精度。根据该高精度的光束的检测位置，计算光束的最佳的修正量，便可实现最佳的高精度的光束的位置控制。
另外，本发明是具有发生光束的装置(31a～31d)、通过使从该发生装置发生的光束向像载体表面反射并扫描该像载体表面的装置(35、36、37)、检测从该扫描装置输出的光束通过该像载体表面的位置的装置(38)、计算使该光束的通过位置成为合适位置的光路修正量的运算装置(51)、根据由该运算装置计算的该光路修正量修正该光束的通过位置以使该光束的通过位置合适的装置(33a～d)、根据使用该像载体而得到的图像信息形成图像的装置(14)和当上述检测装置检测光束的通过位置时就控制上述扫描装置的扫描速度使之小于上述图像形成装置形成图像时的扫描速度的装置(51)的光束通过位置控制装置。
本发明利用上述结构产生以下所示的作用和效果。即，通过进行比图像形成时速度小的扫描动作，延长光束在受光图形上的通过时间，便可检测更高精度的光束的通过位置。因此，根据该高精度的光束的检测位置，计算光束的最佳的修正量，便可实现最佳的高精度的光束的位置控制。
图1是概略地表示本发明实施例的数字复印机的结构的图。
图2是表示光学系统单元的结构与感光体圆筒的位置关系的图。
图3是概略地表示光束检测器的结构的结构图。
图4是表示以光学些的控制为主体的控制系统的框图。
图5是用于说明光束的通过位置控制的框图。
图6A、图6B和图6C分别是表示光束的通过位置与光束检测器的受光图形的输出差动放大器的输出及积分器的输出的示意图。
图7是表示光束的通过位置与A/D变换器的输出的关系的曲线图。
图8是说明检测镜的动作分辨率的曲线图。
图9是说明检测镜的动作分辨率的曲线图。
图10是说明打印部的电源接通时的概略的动作的流程图。
图11是说明光束通过位置控制程序的流程图。
图12是说明光束通过位置控制程序的流程图。
图13是说明光束通过位置控制程序的流程图。
图14是说明光束通过位置控制程序的流程图。
图15A、15B是用于说明使用位置偏离的光束形成图像时发生的图像不良的图。
图16A、16B是用于说明使用位置偏离的光束形成图像时发生的图像不艮的图。
下面，参照附图说明本发明的实施例。
图1是作为应用本实施例的光束扫描装置的图像形成设备的数字复印机的结构的图。即，该数字复印机例如由作为图像读取装置的扫描部1和作为图像形成装置的打印部2构成。扫描部1由可以沿图示箭头方向移动的第1托架3和第2托架4、成象透镜5和光电变换元件6等构成。
在图1中，原稿O朝下放置在由透明玻璃构成的原稿台7上，该原稿O的放置基准以原稿台7的短边方向的正面右侧为中心基准，原稿O利用设置为可以自由开闭的原稿固定盖8压在原稿台7上。
原稿O被光源9照明，其反射光通过反射镜10、11、12和成象透镜5聚焦到光电变换元件6的受光面上。这里，搭载上述光源9和反射镜10的第1托架3和搭载反射镜11、12的第2托架4以2∶1的相对速度移动，以使光路长度一定。第1托架3和第2托架4由托架驱动用电机(图中未示出)驱动，与读取定时信号同步地从右向左移动。
这样，放置在原稿台7上的原稿O的图像就由扫描部1手续逐行读取，该读取输出在图中未示出的图像处理部变换为表示图像的浓淡的8位的数字图像信号。
打印部2由光学系统单元13和组合了可以在图像形成媒体即格式纸P上形成图像的电子照相方式的图像形成部14构成。即，由扫描部1从原稿O读取的图像信号由图中未示出的图像处理部进行处理后，变换为从半导体激光发生器输出的激光光束(以后，简称为光束)。这里，在本实施例中，采用使用多个(2个以上)半导体激光发生器的多光束光学系统。
关于光学系统单元13的结构，后面详细说明，设在单元内的多个半导体激光发生器按照从图中未示出的图像处理部输出的激光调制信号产生发光动作，从它们输出的多个光束由多面镜反射后成为扫描光，向单元外部输出。
从光学系统单元13输出的多个光束，作为具有所需要的分辨率的光点的扫描光成象在作为像载体的感光体圆筒15上的曝光位置X的地点，进行扫描曝光。这样，在感光体圆筒15上，就形成与图像信号对应的静电潜像。
在感光体圆筒15的周边，设置使其表面带电的起电器16、显影器17、转印器18、消电器19和清扫器20等。感光体圆筒15由驱动电机(图中未示出)以指定的外周速度进行转动驱动，由与其表面相对设置的起电器16使之带电。多个光束(扫描光)以光点成象到带了电的感光体圆筒15上的曝光位置X的地点。
在感光体圆筒15上形成的静电潜像利用显影器17的调色剂(显影剂)进行显影。通过显影形成调色剂像的感光体圆筒15在转印位置的地点由转印器18转印到由供纸系统定时供给的格式纸P上。
上述供纸系统利用供纸轮22和分离轮23将设在底部的供纸盒21内的格式纸P1页1页地分离地供给。并且，传送到保持轮24，在指定的时刻供给到转印位置。在转印器18的下流一侧，设置格式纸传送机构25、定影器26、排出完成图像形成的格式纸P的排纸轮27。这样，转印了调色剂像的格式纸P由定影器26将调色剂像定影，然后，经过排纸轮27排出到排纸托板28上。
另外，向格式纸P上的转印结束的感光体圆筒15由清扫器20将其表面的残留调色剂清除，恢复到初始状态，成为下一次的图像形成的待机状态。
通过反复进行上述过程的动作，便可连续地进行图像形成动作。
如上所述，放置在原稿台7上的原稿O由扫描部1读取，该读取信息由打印部2进行一系列的处理后，就作为调色剂图像记录到格式纸P上。
下面，说明光学系统单元13。
图2表示光学系统单元13的结构与感光体圆筒15的位置关系。光学系统单元13内装例如4个半导体激光发生器31a、31b、31c、31d，这些激光发生器31a～31d通过同时进行逐行扫描的图像形成，不必极端地提高多面镜的转速便可进行高速的图像形成。
即，激光发生器31a由激光驱动器32a驱动，输出的光束通过图中未示出的准直仪透镜后，入射到作为光路修正装置的检测镜33a上。由检测镜33a反射的光束通过半反射镜34a和半反射镜34b，入射到作为多面旋转镜的多面镜35上。
多面镜35由被多极电机驱动器37所驱动的多极电机36带动以一定速度转动。这样，从多面镜35反射的反射光就以由多极电机36的转速决定的角速度沿一定方向进行扫描。利用多面镜35进行扫描的光束利用图中未示出的f-θ透镜的f-θ特性，使该光束通过后以一定速度在作为光束通过位置检测装置的光束检测器38的受光面和感光体圆筒15上进行扫描。
激光发生器31b由激光驱动器32b驱动，输出的光束通过图中未示出的准直仪透镜后，由检测镜33b反射后进而由半反射镜34a反射。从半反射镜34a反射的反射光通过半反射镜34b，入射到多面镜35上。多面镜35以后的路径和上述激光发生器31a的情况相同，通过图中未示出的f-θ透镜，以一定速度在光束检测器38的受光面和感光体圆筒15上进行扫描。
激光发生器31c由激光驱动器32c驱动，输出的光束通过图中未示出的准直仪透镜后，由检测镜33c反射，进而通过半反射镜34c后由半反射镜34b反射，入射到多面镜35上。多面镜35以后的路径和上述激光发生器31a、31b的情况相同，通过图中未示出的f-θ透镜后，以一定速度在光束检测器38的受光面和感光体圆筒15上进行扫描。
激光发生器31d由激光驱动器32d驱动，输出的光束通过图中未示出的准直仪透镜后，由检测镜33d反射，进而由半反射镜34c反射和由半反射镜34b反射，入射到多面镜35上。多面镜35以后的路径和上述激光发生器31a、31b、31c的情况相同，通过图中未示出的f-θ透镜后，以一定速度在光束检测器38的受光面和感光体圆筒15上进行扫描。
这样，从各激光发生器31a、31b、31c、31d输出的各光束由半反射镜34a、34b、34c合成，4个光束向多面镜35的方向前进。
因此，4个光束可以体在感光体圆筒15上进行扫描，与先有的单光束的情况相比，多面镜35的转速相同时，可以以4倍的速度记录图像。
检测镜33a、33b、33c、33d是用于调整(控制)副扫描方向的光束相互间的位置关系的，与驱动它们的检测镜驱动电路39a、39b、39c、39d连接。
光束检测器38是用于检测上述4个光束的通过位置和通过时刻的，设置在感光体圆筒15的端部附近，其受光面与感光体圆筒15的表面处于同等位置。根据该光束检测器38的检测信号可以进行与这些光束对应的检测镜33a、33b、33c、33d的控制(副扫描方向的图像形成位置控制)、激光发生器31a、31b、31c、31d的发光功率(强度)的控制和发光时刻的控制(主扫描方向的图像形成位置控制)(详细情况，后面叙述)。为了生成用于进行这些控制的信号，将光束检测器处理电路40与光束检测器38连接。
下面，说明光束检测器38。
图3概略地表示光束检测器38的结构。如图所示，光束检测器38由作为检测部的受光图形S1、S2和S3a～S8b构成。即，受光图形S1、S2形成为棒状，在与主扫描方向正交的方向相隔指定间隔平行地配置。受光图形S1是用于检测4个光束的通过时刻的受光图形，当光束通过时就输出电信号。受光图形S2是用于获得拾取电路动作的时刻的定时信号的受光图形，当光束通过时就输出电信号。
受光图形S3a～S8b是用于检测4个光束的通过位置的受光图形，由在上下(副扫描方向)配置的S3a与S3b、S4a与S4b、S4a与S5b、S6a与S6b、S7a与S7b、S8a与S8b分别组成对，这6对以图示的状态排列在受光图形S1和S2之间。
本例的情况，可以例如以400DPI和600DPI的分辨率(63.5μm和42.3μm)进行记录，其中，与600DPI的分辨率对应的受光图形是S3a与S3b、S4a与S4b、S6a与S6b、S7a与S7b这4对，副扫描方向的配置如图所示的那样，各错开P2(42.3μm)。
并且，使用这些受光图形的对，将例如激光发生器31a输出的光束a的通过位置与受光图形S3a和S3b的各输出进行比较，将激光发生器31b输出的光束b的通过位置与受光图形S4a和S4b的各输出进行比较，将激光发生器31c输出的光束c的通过位置与受光图形S6a和S6b的各输出进行比较，将激光发生器31d输出的光束d的通过位置与受光图形S7a和S7b的各输出进行比较，便可分别进行检测。
即，如果各受光图形的各个输出平衡，则光束就从受光图形间的中心通过，从而可知通过指定的位置，各光束间保持为指定的间隔(这时，为42.3μm)。
另外，与400DPI的分辨率对应的受光图形是S3a与S3b、S5a与S5b、S7a与S7b、S8a与S8b这4对，副扫描方向的配置如图所示的那样，各错开P3(63.5μm)。关于通过位置的检测原理和光束相互间的间隔的确认，与上述600DPI的分辨率的情况相同。
受光图形S3a与S3b、S7a与S7b是与400DPI和600DPI的分辨率都对应的受光图形。这样，通过将受光图形的一部分在两种分辨率中兼用，可以将受光图形的增加抑制到最小限度。
下面，说明对受光图形S3a～S8b的宽度的光束扫描方向的大小。当受光图形的宽度增大时，图3所示的距离W就增大。该距离W增大时，光束检测器38只略微倾斜，实际上P2、P3的值就发生大的变化。因此，在这样的状态下，即使正常地执行控制动作，控制目标也会发生偏离，结果将不能进行正确的控制。为了进行正确的控制，必须相对于光束的扫描方向以高的精度安装光束检测器38。
为了降低哪怕一点点对精度的要求，希望尽可能减小受光图形S3a～S8b的光束扫描方向的宽度。但是，如果减小受光图形S3a～S8b的光束扫描方向的宽度，受光图形的信号输出期间就会变短，从而不能获得S/N好的信号。
对于这一问题，在本例中，是通过提高激光发生器的发光功率、增大受光图形的输出、减小多极电机36(多面镜35)的转速、从而延长光束在受光图形上的通过时间来解决的(详细情况，后面叙述)。
下面，说明控制系统。
图4表示主要以多光束光学系统的控制为主体的控制系统。即，进行总体控制的主控制部51包括例如CPU，存储器52、控制面板53、外部通信接口(I/F)54、激光驱动器32a、32b、32c和32d、多面镜电机驱动器37、检测镜驱动电路39a、39b、39c和39d、光束检测器输出处理电路40、同步电路55和图像数据接口(I/F)56与该主控制部51连接。
图像数据I/F56与同步电路55连接，图像处理部57和页存储器58与图像数据I/F56连接。扫描部1与图像处理部57连接，外部接口(I/F)59与页存储器58连接。
这里，若简单地说明形成图像时的图像数据的流程，则为以下的流程。
首先，进行复印动作时，如前所述，置于原稿台7上的原稿O的图像由扫描部1读取，并向图像处理部57传送。图像处理部57对从扫描部1输出的图像信号进行例如众所周知的暗影修正、各种滤波处理、层次处理、灰度修正等处理后，进行数字化处理。
从图像处理部57输出的图像数据向图像数据I/F56传送。图像数据I/F56起着将图像数据向4个激光驱动器32a、32b、32c、32d分配的作用。同步电路55发生与各光束通过光束检测器38上的时刻同步的时钟，将图像数据作为激光调制信号与该时钟同步地从图像数据i/f56向各激光驱动器32a、32b、32c、32d传送。这样，通过获得与各光束的扫描同步而传送图像数据，便可进行获得与主扫描方向同步(向正确的位置)的图像形成。
时钟根据记录在同步电路55内的图像的分辨率准备多个，根据后面所述的从控制面板53输入的指示及通过外部I/F59从外部输入的指示选择指定的周期。
另外，在同步电路55中包括在非图像区域强制地使各激光发生器31a、31b、31c、31d发生发光动作用于控制各光束的功率的取样定时器和为了获得各光束的图像形成时刻按照光束的顺序在光束检测器38上使各激光发生器31a、31b、31c、31d发生发光动作的逻辑电路等。
控制面板53是进行复印动作的起动好张数设定等的人-机接口。
本数字复印机不仅是可以进行复印动作而且也是可以形成输出通过与页存储器58连接的外部I/F59从外部输入的图像数据的结构。这时，必须使图像的分辨率与外部I/F59一致。控制面板53可以对这种情况进行分辨率的指定。从外部I/F59输入的图像数据一旦存储到页存储器58内后，就通过图像数据I/F56向同步电路55传送。
另外，本数字复印机例如通过网络等从外部进行控制时，外部通信I/F54就起控制面板53的作用。
检测镜驱动电路39a、39b、39c、39d是按照从主控制部51输出的指示值驱动检测镜33a、33b、33c、33d的电路。因此，主控制部51通过检测镜驱动电路39a、39b、39c、39d可以自由地控制检测镜33a、33b、33c、33d的各角度。
多极电机驱动器37是驱动用于使将上述4个光束进行扫描的多面镜35转动的电机36的驱动器。主控制部51对于该多极电机驱动器37可以进行转动开始、停止和转速的切换。转速的切换在用光束检测器38确认光束的通过位置时、使转速小于指定的转动速度时或切换分辨率时使用。
激光驱动器32a.32b.32c.32d除了按照与上述同步电路55的光束扫描同步的激光调制信号使激光发生器发生激光外，也具有利用主控制部51的强制发光信号与图像数据无关地强制地使激光发生器31a、31b、31c、31d发生发光动作的功能。
另外，主控制部51对各激光驱动器32a、32b、32c、32d设定各激光发生器31a、31b、31c、31d发光动作的功率。发光功率的设定根据记录的图像的分辨率的不同及光束的通过位置检测等进行修正。
存储器52是用于存储控制所需要的信息的。例如，通过预先存储各检测镜33a、33b、33c、33d的控制量及光束到来的顺序等，在电源接通后便可立即使光学系统单元13成为可以进行图像形成的状态。
下面，详细说明光束的通过(扫描)位置控制。
图5是用于说明光束的通过(扫描)位置控制的图，是着眼于图4的框图中的1个光束控制，将与该控制关联的部分抽出来所示的图。
如上所述，光束的通过位置在光束检测器38中通过比较成对的受光图形的输出而计算出。图中，将检测光束的通过位置的成对的受光图形设定为S*a和S*b。这2个受光图形S*a和S*b的各输出输入设置在光束检测器输出处理电路40内的差动放大器61，将两者的输出差放大，其输出由积分器62进行积分后，传送给A/D变换器63。A/D变换器将积分器62的输出信号变换为例如00H～FFH的数字信号。
即，当利用转动的多面镜35进行扫描的光束入射到光束检测器38的受光图形S1上时，受光图形S1就对积分器62输出复位信号(RESET)。积分器62由该复位信号将前次的积分信息清除，开始进行新的积分动作。
差动放大器61的输出输入积分器62，积分器62将光束通过受光图形S*a和S*b时的差动放大器61的输出积分。这里，积分器62的作用就是为了通过全部读入光束通过光束检测器38上期间的受光图形的输出并进行积分、获得S/N好的稳定的输出。
下面，使用图6A、6B、6C说明积分器62的动作。图6是表示光束的通过位置与光束检测器38的受光图形S*a及S*b的输出。差动放大器61的输出、积分器62的输出的关系的图。
图6A是光束通过受光图形S*a和S*b的中央时的例子。这时，理想的情况是受光图形S*a和S*b的输出波形完全相同，差动放大器61的输出也总是应为“0”。但是，实际上总是有若干噪音叠加在受光图形S*a和S*b的输出上，因此，差动放大器61的输出不为“0”，而是成为叠加了噪音的输出。
没有积分器62时，便将有该叠加了噪音的输出的瞬间的值进行A/D变换，作为光束的通过位置信息使用，从而不能进行正确的控制。但是，如果利用积分器62将差动放大器61的输出进行积分，就可以如图所示的那样获得除去噪音成分的信号。
图6B是光束的通过位置偏向受光图形S*a一侧时的例子。与图6A的情况相比，受光图形S*a的输出增大，受光图形S*b的输出减小。因此，差动放大器61的输出便输出正的电压，表示光束的通过位置偏向了受光图形S*a一侧。
但是，和图6A的情况一样，也是噪音重叠在该输出上，从而难于获得正确的位置。这时，通过利用积分器62进行积分，也可以获得没有噪音的良好的信号。
图6C是相对于光束的扫描方向，受光图形S*a和S*b倾斜时的例子。图中，为了易于说明动作，使倾斜度比较大，但是，实际上有时存在肉眼察觉不出的倾斜。本图的情况，是利用多面镜35的扫描，光束相对于受光图形S*a和S*b倾斜地入射。
因此，如图所示，受光图形S*a和S*b的输出随光束的通过而逐渐地增大。另外，而受光图形S*b的输出则相反，随光束的通过而逐渐地减小。
如果放大这样的信号的差值，则如图所示，成为具有负的和正的振幅的信号。实际上进而还重叠了噪音成分。捕捉有这样的信号的瞬间进行A/D变换，作为光束的通过位置信息使用，显然不能进行正确的控制。
这时，通过利用积分器62将差动放大器62的输出进行积分，也可以如图所示的那样获得平均的光束的通过位置。本图示例的情况，由于光束平均说来是通过受光图形S*a和S*b的大致中央的位置，所以，积分器62的输出基本上为“0”。
受光图形S2的输出输入A/D变换器63，从积分器62输出的信号在光束通过受光S2的时刻开始进行A/D变换，当A/D变换结束时，结束信号(END)就从A/D变换器63向主控制部(CPU)51输出。主控制部51将该结束信号作为中断信号(INT)处理，确认输入新的光束通过位置信息，并进行该处理。
根据这样得到的光束通过位置信息，在主控制部51中计算检测镜33的控制量。该计算结果根据需要存储到存储器52内。主控制装置51将该计算结果向检测镜驱动电路39传送。
如图5所示，用于保持数据的锁存器64设置在检测镜驱动电路39中，当主控制部51一旦写入数据时，就保持该数据直至下次更新数据为止。保持在锁存器64内的数据由D/A变换器65变换为模拟信号(电压)，并输入用于驱动检测镜33的驱动电路66。驱动电路66按照从D/A变换器65输入的模拟信号(电压)驱动控制检测镜33。
这样，就由光束检测器38检测光束的通过位置，主控制部51根据该信息计算检测镜的33的控制量，通过根据该计算结果驱动检测镜33，便可控制各光束的通过位置。
光束的通过位置，在多数情况下由于多面镜35的面塌陷，多面镜35的每个面会略有不同，为了消除该影响，这种光束通过信息的取得和计算，最好进行和光学系统的多面镜35的面数相同数量的次数或该次数的多数倍，根据其平均值控制检测镜33。
图7是表示光束的通过位置与A/D变换器63的输出的关系的曲线图。横着表示光束的通过位置，模拟地示出了相对于受光图形S*a和S*b的通过位置。即，横轴的中央表示光束的通过位置是上述成对的受光图形S*a和S*b的中央，横轴的左侧表示光束的通过位置是受光图形S*b一侧。相反，横轴的右侧表示光束的通过位置是受光图形S*a一侧。
用虚线所示的曲线A表示与将光束的功率、多面镜35的转速、差动放大器61的放大倍数设定为某一值时的光束的通过位置对应的A/D变换器63的输出值。在这样的条件下，在光束的通过位置从理想的位置(成对的受光图形的中央)向S*a一侧和S*b一侧都偏离约100μm的范围内，A/D变换器63的输出值发生变化。该变化在光束的通过位置在理想的位置附近基本上是线性的，随着偏离中央，线性遭到破坏。
这是由于光束的形状成为椭圆或接近圆形、而横切受光图形的面积的变化随着偏离中央部而减少的缘故。另外，作为另一个原因，是由于光束的能量分布通常是高斯分布，光束的中央的能量最高，越到周边能量越低，对于到光束的中心的距离，能量的变化率越到周边越小。
与此相反，用实线所示的曲线B是对于上述条件使光束的功率增大、降低多面镜35的转速、提高差动放大器61的放大倍数时的曲线，与曲线A相比，倾斜度大，相对于理想的通过位置，在±μm的范围内基本是是直线。这是由于例如当提高光束的功率时，光束检测器38的输出增加，即使对于相同的与理想位置的偏离，差动放大器61的输出也增大的缘故。
当降低多面镜35的转速时，由于光束使受光图形曝光的时间增加，所以，光束检测器38的输出增加，发生同样的现象。另外，当提高差动放大器61的放大倍数时光束检测器38的输出本身不变化，结果呈现同样的现象
可以将这样的特性按如下方式利用于光束的通过位置检测。即，想进行大致的控制时，就选择图7的用虚线所示的特性A，想进行精密的控制时，可以选择图7的用实线所示的特性B。
即，例如，如本复印机的电源接通时的初始动作时那样，由于光束的通过位置究竟在何处完全不知道，所以，想控制光束的通过位置时，就通过按照成为图7的曲线的虚线特性A的条件设定光束的功率、多面镜35的转速、差动放大器61的放大倍数，便可有效地控制大致的光束的通过位置。
即，在这样的条件下，由于光束的通过位置在偏离理想的位置±100μm的范围内A/D变换值有变化，所以，例如主控制部51如果使光束的通过位置以约100μm的单位变化，光束的通过位置就容易进入与理想的位置偏离±100μm的范围内。检测镜33的可动范围换算为像面上的光束的通过位置的变化，例如假定约为2mm，则最差修正20次光束的通过位置也可以使光束的通过位置进入这样的范围。
这样，例如，如果光束的通过位置进入了与理想的位置偏离±100μm的范围内，根据这时的A/D变换值便可大致推算出该光束通过位置，如果根据该值控制检测镜33，虽然精度略低，但是可以迅速地控制光束的通过位置。这里，之所以说“大致”，如前所述，是因为图7的虚线特性A不是线性的，其倾斜度是缓和的。
另一方面，按照图7的曲线用实线所示的特性B，可以更精密地控制光束的通过位置。在图7的实线的特性B的例子中，在光束的通过位置偏离理想的位置±10μm的范围内A/D变换值有00H到FFH的变化，由于该变化基本上是线性的，所以，通过简单计算，主控制部51就可以以约0.08μm的精度检测光束的通过位置。
因此，进行上述光束的位置控制后，通过修正光束的功率、多面镜35的转速、差动放大器61的放大倍数中的某一个或者全部，这样，通过可提高检测精度、控制检测镜33，便可更正确地控制光束的通过位置。
下面，说明检测镜33的控制特性。
图8和图9表示供给检测镜驱动电路39的数据与在光束检测器38上(即，感光体圆筒15上)的光束通过位置的关系。如图5所示，检测镜驱动电路39的D/A变换器65是16位的输入。
图8表示与该16位数据的高位8位输入对应的光束通过位置的变化情况。如图所示，光束的通过位置，对于数据00H～FFH移动2000μm(2mm)。如图所示，对于00H附近和FFH附近的输入，超过检测镜33的应答范围，光束的通过位置不变化。
但是，在输入大致从18H到E8H的范围内，光束的通过位置相对于输入基本上是线性变化的，其变化率每1LSB相当于约10μm。
图9表示与检测镜驱动电路39的D/A变换器65的低位8位输入对应的光束通过位置的变化的情况。但是，本图表示的是与作为高位8位的输入输入了上述光束的通过位置线性变化范围的值时的低位8位的输入对应的光束的通过位置的变化。由图可知，对于低位8位，从00H到FFH，光束的通过位置变化约10μm，每1LSB变化约0.04μm。
这样，主控制部51通过向检测镜驱动电路39供给16位的数据，便可使光束检测器38上即感光体圆筒15上的光束通过位置以分辨率约0.04μm在约2000μm(2mm)的范围内移动。另外，只是在检测镜进行调整操作时(图10中的S3、S11)及图象形成操作期间(图10的S8→S12→S13→S14→S15→S8→…)使检测镜驱动电路39通电，而在其它期间不使该检测镜驱动电路39通电，以防止无谓的电力消耗。
下面，参照图10所示的流程图说明打印部2的电源接通时的概略的动作。对于扫描部1的动作则省略。
当接通本复印机的电源时，主控制部51就使定影器26内的定影轮转动，同时开始进行定影器26的加热控制(S1、S2)。然后，执行副扫描方向的光束通过位置控制程序，将光束的通过位置控制到指定的位置(S3)。
当正确地控制光束的通过位置时，就执行主扫描方向的同步引入，同时通过硬件进行APC(自动功率控制)控制，使各光束以所希望的功率发光(S4)。然后，使感光体圆筒15转动，进行使感光体圆筒15的表面等条件一定的与过程关联的初始化处理(S5)。
这样，进行一系列的初始化处理后，在定影器26的温度上升到指定的温度之前，使定影轮继续转动，成为待机状态(S6)。当定影器26的温度上升到指定的温度时，就停止定影轮的转动(S7)，成为复印指令等待状态(S8)。
主控制部51从控制面板53接收到复印(打印)指令时，就执行复印动作(S9)，当复印动作结束时，就再次成为复印指令等待状态(S8)。另外，在复印指令等待的状态下(S8)，执行光束通过位置控制程序后例如经过30分钟时(S10)，就自动地再次执行光束通过位置控制程序(S11)。当这些结束时，就再次成为复印指令等待状态(S8)。
此外，在进行多张复印操作时，也可以利用所谓的纸间处理(在进行多张原稿的复印时，在对每1张原稿进行图像形成后对下1张原稿进行图像形成之前的期间进行的处理)进行本发明的光束通过位置的控制。
即，接收到复印指令时，首先应进行光束通过位置控制，检测光束的通过位置(S12)。然后，当判断通过位置的偏离大小是否大于指定值L(S13)，大于指令值L时，就进行光束通过位置控制(S14)，并在对光束位置进行控制后执行一次复印操作(S15)。如果在S13中通过位置的偏差小于指定值L，则不进行位置控制，直接执行复印操作。之后，检查复印指令是否继续(S8)，如果继续的话，则继续执行S12至S15的位置偏差控制及复印程序。这样，在进行多张复印操作时，在一次复印操作和下一次复印操作期间(纸间)进行光束通过位置的控制。这样做的原因是，如果在复印操作过程中进行光束通过位置控制的话，图象中间有可能发生混乱。然后，再对其余的原稿进行复印动作(S15)。另外，当位置偏离小于指定值时，就不必进行位置控制，继续进行其余的原稿的复印动作(S15)。
这样，使用着复印机不用等待操作者的特别的指示就可以自动地进行光束的控制。
下面，参照图11～图14所示的流程图说明图10中的S3、S11的光束通过位置控制程序。
主控制部51从存储器52读出最新的检测镜驱动值，根据该值分别驱动检测镜33a、33b、33c、33d(S21)。其次，主控制部51为了捕捉到大致的光束的通过位置从而获得图7中用虚线所示的特性A(光束的通过位置与A/D变换值的关系)，使多极电机36高速转动(S22)，将差动放大器61的放大倍数设定为低放大倍数(S23)，将激光发生器31a、31b、31c、31d的各发光功率设定为小功率(S24)。这时的多极电机36的转速、激光发生器31a～31d的各发光功率例如和例如以600DPI形成图像时的条件相同。
通过这样设定，如前所述，相对于目标的光束通过位置，在±100μm的范围内A/D变换值发生变化，可以检测大致的光束通过位置。
在该状态下，首先强制地使激光发生器31a发生发光动作(S25)，将该光束a的通过位置测量多面镜35的面数的整数倍的次数，计算其平均值，作为光束a的通过位置(S26)。
本例的情况如图2所示，多面镜35的面数是8面，所以，例如读入连续16次的通过位置信息求平均，作为光束a的通过位置。这里，取得多面镜35的面数的整数倍次数的数据求平均，是为了除去在多面镜35的1圈的周期中表现的面偏差成分和轴偏差成分，求出平均的光束的通过位置。
根据这样得到的光束通过位置信息，判断光束a的平均的通过位置是否已进入了目标的±10μm的范围内(S27)。当判断的结果是光束a的平均的通过位置还未进入目标的±10μm的范围内时，就使用对检测镜驱动电路39a的16位的控制信号中的高位8位控制检测镜33a的位置(粗调整)以使之进入该范围(S28)，再次测量光束a的通过位置(S26)。
在S27，相对于目标的通过位置已进入±10μm的范围内时，就解除激光发生器31a的强制发光，然后强制地使激光发生器31b发生发光动作(S29)。
以后，对于光束b，也和光束a一样，测量并计算光束b的平均的通过位置，通过根据该结果控制检测镜33b，相对于目标的通过位置，控制到±10μm的范围内(S30～S32)。
以后，同样也对光束c、光束d的通过位置进行控制，相对于目标的通过位置，控制到±10μm的范围内(S33～S41)。
这样，4个光束a、b、c、d的通过位置相对于它们的目标便控制到±10μm的范围内(粗调整)。
其次，主控制部51提高光束的通过位置的检测精度，进行更正确的光束的通过位置控制。
即，通过使多极电机36的转动速度低于图像形成时的速度(S42)、提高设定差动放大器61的放大倍数(S43)、将激光发生器31a、31b、31c、31d的各发光功率设定得大于图像形成时的功率(S44)，使光束的通过位置检测精度成为图7所示的实线的特性B。这里，在旨在指高检测光束的通过位置的检测器38的视在检测精度的S42、S43及S44的处理步骤，可以只执行至少一个步骤，也可以执行三个步骤中的任何一个、或者任意二个的组合，都可以收到提高检测精度的效果。
在该状态下，强制地使激光发生器31a发生发光动作(S45)，将该光束a的通过位置测量多面镜35的面数的整数倍的次数，计算其平均值，求光束a的通过位置(S46)。
这里的光束通过位置的测量，由于精度比先前的测量提高了，所以，最好根据多面镜35的5圈以上即40次以上的数据来求是理想的。
根据这样得到的光束通过位置信息，和前面的粗调整时一样，判断光束a的平均的通过位置是否已进入了目标的±1μm的范围内(S47)。当该判断的结果是光束a的平均的通过位置还未进入目标的±1μm的范围内时，就使用对检测镜驱动电路39a的16位的全部控制信号控制检测镜33a的位置使之进入该范围(微调)(S48)，再次测量光束a的通过位置(S46)。
在S47，相对于目标的通过位置已进入了±1μm的范围内时，就解除激光发生器31a的强制发光，然后强制地使激光发生器31b发生发光动作(S49)。
以后，对于光束b，也和光束a时一样，测量并计算光束b的平均的通过位置，通过根据该结果控制检测镜33b，相对于目标的通过位置控制到±1μm的范围内(S50～S52)。
以后，同样对光束c、光束d的通过位置进行控制，相对于目标的通过位置控制到±1μm的范围内(S53～S61)。
这样，将4个光束a、b、c、d的通过位置相对于它们的目标通过位置控制(微调)到±1μm的范围内，进行了该控制的向检测镜驱动电路33a～33d输入的各控制值分别存储到存储器52内(S62)。
另外，正象上面说明过的那样，进行多张复印时的控制(图10中的S12～S14)是每进行一次复印操作就进行一次控制，控制间隔比较短(频繁地进行控制)，因此，光束通过位置的偏差一般不超过10μm。因此，在S12～S14的控制中可以省略粗调整步骤(S22～S43)。而且，省略粗调整的话，复印操作的速度不会下降，还可以以较好的图象完成复印操作。
如上所述，按照上述实施例，在使用多光束光学系统的数字复印机中，利用设置在与感光体圆筒的表面同等位置的光束检测器检测各光束的通过位置，根据该检测结果计算用于控制各光束在感光体圆筒的表面上的相对位置成为合适位置的光路控制量，通过根据该计算的光路控制量控制用于修正各光束在感光体圆筒的表面上的相对位置的检测镜，在光学系统的组装中不需要特别的精度和调整而且即使由于环境变化及随时间的变化等引起光学系统发生变化，也可以将感光体圆筒的表面上的各光束相互间的位置关系总是控制为理想的位置。因此，总是可以保持高画质。
在上述实施例中，对应用于使用多光束光学系统的数字复印机的情况进行了说明，但是，本发明不限于此，即使使用单光束光学系统，同样也可以应用，此外，对于数字复印机以外的图像形成设备同样也可以应用。
如上所述，按照本发明，即使由于环境变化及随时间的变化等引起光学系统发生变化，也可以将被扫描面上的光束的位置总是控制在指定的位置，因此，控制提供总是能够保持高画质的光束扫描装置和图像形成设备。
另外，按照本发明，特别是使用多个光束时，在光学系统组装时不需要特别的精度和调整而且即使由于环境变化及随时间的变化等引起光学系统发生变化，也可以将被扫描面上的光束的位置总是控制在指定的位置，因此，控制提供总是能够保持高画质的光束扫描装置和图像形成设备。

Claims (17)

1.一种光束位置控制装置，包括：
光束产生装置(31)；
具有多个反射面的偏转装置(35)，上述多个反射面用于使从上述光束产生装置(31)产生的光束偏转到图像载体(15)，从而使从上述光束产生装置(31)产生的光束对上述图像载体(15)进行扫描；
第一检测装置(38)，该检测装置检测经上述偏转装置(35)偏转后对上述图像载体(15)进行扫描的光束在图像载体(15)表面上的通过位置，并且输出与该通过位置相对应的第1信号；
检测上述光束通过的时钟的第二检测装置(S1)；
基于上述第二检测装置(S1)的输出，用上述第一检测装置的输出计算光束的通过位置，计算出用于校正上述通过位置的光路修正量的运算装置(51)，该运算装置(51)具有将从上述第一检测装置(38)输出的第1信号进行积分生成第2信号的积分装置，并且根据从该积分装置得到的第2信号算出上述的修正量；以及
根据上述运算装置的计算的光路修正量对从上述的光束产生装置(31)射出的光束的位置进行修正的修正装置。
2.如权利要求1所述的光束位置控制装置，其特征在于：上述运算装置(51)基于多次扫描计算光束通过位置，基于该结果计算光路修正量。
3.如权利要求2所述的光束位置控制装置，其特征在于：扫描的次数不少于上述偏转装置(35)的反射面数。
4.如权利要求1所述的光束位置控制装置，其特征在于：上述运算装置(51)至少具有可计算光束通过位置变化的宽度范围的模式和可计算高精度变化的模式。
5.一种图像形成设备，包括：
光束产生装置(31)；
具有多个反射面的偏转装置(35)，上述多个反射面用于使从上述光束产生装置(31)产生的光束偏转到图像载体(15)，从而使从上述光束产生装置(31)的光束对上述图像载体(15)进行扫描；
第一检测装置(38)，该检测装置检测经上述偏转装置(35)偏转后对上述图像载体(15)进行扫描的光束在图像载体(15)表面上的通过位置，并且输出与该通过位置相对应的第1信号；
检测上述光束通过的时钟的第二检测装置(S1)；
基于上述第二检测装置(S1)的输出，用上述第一检测装置的输出计算光束的通过位置，计算出用于校正上述通过位置的光路修正量的运算装置(51)，上述运算装置(51)具有将自上述的第一检测装置(38)输出的第1信号进行积分从而生成第2信号的积分装置，并且根据从该积分装置得到的第2信号算出上述修正量；
根据上述运算装置的计算的光路修正量对从上述的光束产生装置(31)射出的光束的位置进行修正的修正装置；以及
基于所给的图像信息，控制上述光束产生装置(31)产生光束，在图像载体(15)上形成图像的图像形成装置(16～19)。
6.如权利要求5所述的图像形成设备，其特征在于还包括：
上述第一检测装置(38)检测光束的通过位置时，把光束产生装置(31)的发光强度加强到比图像形成装置(16～19)在形成图像时的扫描时的发光强度大的发光强度变更装置。
7.如权利要求5所述的图像形成设备，其特征在于还包括：
上述第一检测装置(38)检测光束的通过位置时，上述偏转装置(95)的旋转速度减小到比图像形成装置(16～19)在形成图像时的扫描时的旋转速度小的旋转数偏转装置。
8.如权利要求5所述的图像形成设备，其特征在于：上述运算装置(51)至少具有可计算光束通过位置变化的宽度范围的模式和可计算高精度变化的模式。
9.如权利要求8所述的图像形成设备，其特征在于：接通图像形成装置的电源时，使用可计算上述光束通过位置变化的宽度范围的模式。
10.一种光束位置控制装置，包括：
产生第一光束的第一光束产生装置(31a)；
产生第二光束的第二光束产生装置(31b)；
具有多个反射面的偏转装置(3b)，上述多个反射面用于使从上述的第一和第二光束产生装置(31a)和(31b)产生的光束偏转到图像载体(15)，从而使上述的第一和第二光束产生装置(31a)和(31b)产生的光束对上述图像载体(15)进行扫描；
第一检测装置(38)，其检测经上述偏转位置(35)偏转后对上述的图像载体进行扫描的光束在图像载体(15)表面的通过位置，并输出与该通过位置相对应的第一信号；
检测上述第一和第二光束通过的时钟的第二检测装置(S1)；
基于上述第二检测装置(S1)的输出，用上述第一检测装置(38)的输出计算光束的通过位置，计算用于校正该通过位置的光路修正量的运算装置(51)；以及
基于运算装置(51)计算的光路修正量，对从上述第一和第二光束产生装置(31a)和(31b)射出的光束的位置进行修正的修正装置。
11.如权利要求10所述的光束位置控制装置，其特征在于：
在上述第一检测装置(38)中形成对上述第一和第二光束分别不同的通过目标位置。
12.如权利要求10所述的光束位置控制装置，其特征在于还包括：
在上述修正装置进行修正动作时，禁止从上述第一和第二光束产生装置(31a)和(31b)同时产生光束，禁止两个修正装置同时动作的禁止装置。
13.一种图像形成设备，包括：
产生第一光束的第一光束产生装置(31a)；
产生第二光束的第二光束产生装置(31b)；
具有多个反射面的偏转装置(3b)，上述的多个反射面用于使从上述的第一和第二光束产生装置(31a)和(31b)产生的光束偏转到图像载体(15)，从而使上述的第一和第二光束产生装置(31a)和(31b)产生的光束对上述图像载体(15)进行扫描；
第一检测装置(38)，其检测经上述偏转位置(35)偏转后对上述的图像载体进行扫描的光束在图像载体(15)表面的通过位置，并输出与该通过位置相对应的第一信号；
检测上述第一和第二光束通过的时钟的第二检测装置(S1)；
基于上述第二检测装置(S1)的输出，用上述第一检测装置(38)的输出计算光束的通过位置，计算用于校正该通过位置的光路修正量的运算装置(51)；
基于运算装置(51)计算的光路修正量，对从上述第一和第二光束产生装置(31a)和(31b)射出的光束的位置进行修正的修正装置；以及
基于所给的图像信息，控制上述第一和第二光束产生装置(31a)和(31b)产生光束，在图像载体(15)上形成图像的图像形成装置(16～19)。
14.如权利要求13所述的图像形成设备，其特征在于：
在上述第一检测装置(38)中形成对上述第一和第二光束分别不同的通过目标位置。
15.如权利要求14所述的光束位置控制装置，其特征在于至少还包括：
根据上述图像形成装置设定的解像度，改变上述第二光束的通过目标位置的变更装置，且上述第二光束的通过目标位置有多个。
16.如权利要求13所述的图像形成设备，其特征在于还包括：根据解像度改变上述偏转装置(35)的旋转速度的装置。
17.如权利要求13所述的图像形成设备，其特征在于还包括：
在上述修正装置进行修正动作时，禁止从上述第一和第二光束产生装置(31a)和(31b)同时产生光束，禁止两个修正装置同时动作的禁止装置。
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