JP2004286508A

JP2004286508A - Dot position measuring apparatus and method of scanning optical system

Info

Publication number: JP2004286508A
Application number: JP2003077199A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yoshikawa; 浩史吉川
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2004-10-14

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dot position measuring apparatus in a scanning optical system for accurately measuring a dot position in a scanning direction formed by scanning beams in an entire scanning region. <P>SOLUTION: The dot position measuring apparatus comprises: an emission control section 17; a synchronization PD 13; a photosensor 18; an photosensor signal detection section 41; a light-shielding means that is arranged at the front stage of the photosensor 18 to limit incident luminous flux; a slight move stage; a position detection section 48; a data storage section 42; and an arithmetic section 43. Lighting is made for time equivalent to one dot during beam scanning, laser beams are repeatedly scanned at a dot formation position through the light-shielding means for allowing the photosensor 18 to receive light, the position of the light-shielding means is slightly moved to cross laser beams, and a position in the scanning direction of the dot formed on the surface to be scanned is measured. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査光学系のドット位置測定方法及びその装置に関し、詳しくは走査光学系を有する画像形成装置として、例えば、レーザビームを走査させて書込む方式のものやＬＥＤアレイ方式に代表される固体撮像方式などに係わり、特に、光書込みビームを感光体上に露光して画像形成を行うレーザビームプリンタ、レーザファクシミリ、カラー複写機等の画像形成装置に使用されている走査光学系の書込み位置を測定することができる走査光学系のドット位置測定方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザープリンタ、複写機、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる走査光学ユニットは、一般にレーザ光源、コリメートレンズ、各種レンズ・ミラー、ポリゴンミラーなどで構成される走査光学系を有している。感光体上の点像は、ポリゴンミラーの回転による主走査方向への走査が行われ、また、感光体ドラムの回転により、副走査方向への走査が行われ、静電潜像を形成する。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。
【０００３】
この走査光学ユニットを複数色のトナー分だけ備えているカラー画像形成装置においては、複数の感光体上の像を順次一枚の転写紙に重ね合わせて像が完成するのであるから、各色の像の位置を一致させる必要がある。しかし、上述のようなレーザビームを利用して感光体の露光処理を行なう装置にあっては、光学系におけるレンズ（ｆθレンズ）やミラーの形状精度や位置精度によりｆθ特性が異なったり、ポリゴンミラーの回転精度（ジッター）の影響で走査ビームによるドットの形成される位置が異なる。また、光学ユニットの取付誤差や環境変化（温度、湿度等の変化）に伴う装置フレーム変形によってもドット形成位置ずれが生じる。
【０００４】
そこで、カラー画像形成装置における各走査光学ユニットによって形成された主走査方向のドット位置を合わせるために、ドット位置を測定する技術や、取得した測定値を用いて位置ずれ量を補正する技術が開発されている。
【０００５】
即ち、カラー画像形成装置における印字位置を補正する方法が種々提案されている。例えば、特開平１１−３５２７４４号公報に開示の技術では、基準原稿として特定パターンからなる画像データに基づいてプリンタエンジンで画像を形成し、その印字した原稿をスキャナまで送って当該画像を読み取り、読み取られた画像と元の画像データとを比較することで、各色の走査光学ユニットによって生じる画像の歪み量を求めている。そして、この検出された画像の歪み量を補正することで、各色の印字位置ずれを補正し、画像の色ずれを補正する技術も提案されている。ところが、この方法では、レーザビームによる画像書き出し照射位置および画像書き終わり照射位置を合致させても、その中間においてレーザビームの位置が異なり、その部分において色ズレが発生することがある。
【０００６】
また、本出願人が先に提案した特開２００２−８６７９５号公報に開示された技術では、走査光学系の被走査面でのビーム像を対物レンズで拡大し、ＣＣＤカメラでの撮像を、走査方向へＣＣＤカメラを移動させながら、それぞれの位置でのビーム像からビーム光量分布やビーム位置の測定を行っている。拡大光学素子の結像長さやそれ自身の大きさ、及び、ＣＣＤカメラの大きさのために、測定装置を画像形成装置内に入れることが困難であるため、走査光学ユニットを画像形成装置に組込んだ状態でドット位置を測定することはできていない。
【０００７】
また、特許第３２３１６１０号に開示の技術では、走査光学ユニットを画像形成装置に実装する前に、走査ビームを結像位置にて所定の間隔で設置されたＣＣＤカメラにより撮像し、複数のＣＣＤカメラから取得したドット位置から、カメラの台数で均等に分割された区間におけるビデオクロックをそれぞれ三種類（基準周期、短周期、長周期）の中から選択指定する等速補正データを生成し、これをもとに光源を発光制御し、レーザビームの照射位置を制御して等速誤差の補正を行い、カラー画像形成装置の色ずれを低減させている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−３５２７４４号公報
【特許文献２】
特開２００２−８６７９５号公報
【特許文献３】
特許第３２３１６１０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許第３２３１６１０号に開示の技術では、走査光学ユニットにおける被走査面でのドット位置は、固定された限られた台数のＣＣＤカメラでしか測定できず、主走査方向に５つのドット位置しか測定していないため、位置補正データは、実際の測定されたドット位置から算出されないので、理想の修正量ではない。このため、場所によっては、かえって位置ずれを増大させてしまう場合が生じる。また、近接した（例えば、６０μｍ〜１ｍｍ）ドット間隔の測定を行えないので、局所的なドット位置の修正等を行なうことができない。
【００１０】
そこで本発明は、走査光学系におけるレンズ（ｆθレンズ）やミラーの形状精度やその取付位置不良、および、ポリゴンミラーの回転精度（ジッター）に起因する等速性誤差に伴うドット位置ずれや、光学ユニットの取付誤差や環境変化（温度、湿度等の変化）に伴う装置フレーム変形によって生じるドット位置ずれを画像形成装置に組付けた状態で実際の使用条件のもとでドット位置の測定および評価を行なうことができ、画像形成装置における走査ビームの照射位置補正により適切なドットを形成させるために、全走査領域での、走査ビームにより形成される走査方向のドット位置を正確に測定できる走査光学系のドット位置測定装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、レーザビームを走査させて被走査面上にドットを形成させる走査光学系において、
前記レーザビームを出射するレーザ光源の発光タイミングを制御し所定の発光時間と間隔でパルス発光させる発光制御手段と、
前記レーザビームの走査タイミングとして走査同期信号を検出する走査同期信号検出手段と、
ビーム走査線上に配置されたレーザビームのスポット面積より広い面積を有する光センサと、
該光センサの出力信号を検出する光センサ信号検出手段と、
前記光センサの前段に配置され入射する光束を制限する遮光手段と、
該遮光手段を走査方向に微動させる微動ステージと、
前記遮光手段の位置を検出する位置検出手段と、
前記遮光手段の位置と前記光センサからの出力信号との各測定データを格納するデータ格納手段と、
前記測定データに基づいてドット位置を演算する演算手段とを備え、
ビーム走査中に１ドットに相当する時間だけ点灯させ、ドット形成位置で該遮光手段を通してレーザビームを繰返し走査して前記光センサに受光させ、前記遮光手段の位置を微動させてレーザビームを横切らせ、被走査面上に形成されるドットの走査方向位置を測定することを特徴とする走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、被走査面に光センサを配置し、入射するレーザビームを遮光手段で光束を制限し、微動ステージを使って遮光手段の位置を微動させてレーザビームを横切らせることで、遮光手段の位置と得られた光センサからの出力信号に基づいて、ドット位置を演算し、この演算結果から走査光学ユニットから照射されるレーザビームにより被走査面に形成されるドット位置を測定できる。
【００１２】
また、請求項２の発明は、前記遮光手段は、レーザビームの走査方向の径より狭い幅であり、前記レーザビームの走査方向と垂直な方向の径より長いスリットを備えていることを特徴とする請求項１記載の走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、光センサの遮光手段として、レーザビームの走査方向の径（以下主走査ビーム径という）より十分小さい幅（例えば、数μｍ）とすることで、光センサを含めた検出系の小型化を可能としている。
【００１３】
また、請求項３の発明は、前記微動ステージと平行に配置され、前記光センサ、前記遮光手段及び該微動ステージを搭載して、前記走査光学系の有効走査幅を走査方向に粗動する粗動ステージを備えたことを特徴とする請求項１記載の走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、粗動ステージを用いて光センサの位置を順次移動することで有効走査幅において任意の位置においてドット位置を測定できる。
【００１４】
また、請求項４の発明は、前記位置検出手段が、前記遮光手段と同一部材に取付けられた位置検出ヘッドと、前記走査光学系の有効走査幅以上の検出幅を持つ位置検出スケールとからなることを特徴とする請求項１記載の走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、光センサに入射する光束を制限する遮光手段の位置をもとにドット位置の測定を行っているが、この遮光手段は、微動ステージと粗動ステージが平行に配置されているので、いずれのステージで移動しても同一の位置検出手段で検出できる。位置検出手段からの信号は、予め校正しておくことで測定誤差を小さくできる。必要に応じて測定分解能を高めることも容易である。また、位置検出手段が１つで済むので、装置全体の大きさを小型化できる。
【００１５】
また、請求項５の発明は、前記発光制御手段から前記レーザ光源を点灯させるＬＤ駆動信号に同期させた外部トリガ信号を発生する外部トリガ発生手段を備え、これを検出タイミングとして、前記光センサ信号検出手段が光センサからの出力信号を取得することを特徴とする請求項１に記載の走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、ＬＤ駆動信号と光センサの検出タイミングを同期させることで、光センサにレーザビームが照射されるタイミングで確実にその出力信号を取得することができる。
【００１６】
また、請求項６の発明は、前記光センサ信号検出手段は、一走査期間中で出力信号の最大値のみ取得するデータ特定手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載の走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、レーザビームの光源を一走査期間中に複数回点灯させた場合において、ＬＤ駆動信号に同期させた外部トリガ信号を使って光センサからの出力信号をサンプリングするため、光センサが受光しない場合でもデータを取込むが、一走査期間内で出力信号の最大値のみデータとして使用すれば、光センサにレーザビームが受光した時点で有効なデータを取得できる。
【００１７】
また、請求項７の発明は、前記微動ステージにより前記遮光手段の位置を微動させて、それぞれの位置で取得した光センサからの出力信号が最大となるよう、前記遮光手段の位置をサーチさせるレーザビーム位置追従制御手段と、該遮光手段の位置がある収束幅内に収束した場合に収束信号を発生させる収束信号発生手段と、該遮光手段の前記位置検出手段が、一回もしくは複数回の位置測定データを前記データ格納手段に格納することを特徴とする請求項１に記載の走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、レーザビームに対して遮光手段を微動ステージにより移動させて、この光センサからの出力信号を測定のたびに前回測定結果より、大きいかどうかの判断を行わせ、出力信号が最大になるように遮光手段の位置をドット位置中心に追従動作させる。これにより、遮光手段位置からドット位置の測定を行うことができる。また、出力信号の最大値の更新がなく、位置検出値の変動幅が所定の幅に収束したことを収束信号発生手段から発生させることで、より正確なドット位置計測が可能となる。
前記収束信号発生手段により発生した収束信号を検知した後、前記位置検出手段により複数回測定された測定値の平均値からドット位置を算出するので、レーザビームの短時間で生じる揺らぎ成分を平均化でき、安定したドット位置測定が可能となる。
【００１８】
また、請求項８の発明は、前記走査光学系はポリゴンミラーを有し、前記発光制御手段は、前記走査同期信号検出手段からの走査同期信号をカウントすることによってポリゴンミラーの特定の面で走査されるレーザビームに限って発光させることを特徴とする請求項１に記載の走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、発光制御手段は、走査同期信号検出手段からの走査同期信号をカウントすることによってポリゴンミラーの特定の面を選択して発光させることができるので、ポリゴンミラー各面の面精度に起因する位置ずれ成分が入らないように測定を行える。また、各面ごとのドット位置測定を行うこともできる。
【００１９】
また、請求項９の発明は、前記発光制御手段は、前記走査同期信号検出手段によって走査同期信号を取込み、この信号に同期させてレーザビームを１ドットに相当する時間だけの発光を、一走査期間中に一定の時間間隔で繰返し発光できる発光モードを備えていることを特徴とする請求項１に記載の走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、発光制御手段は、走査同期信号検出手段によりレーザビームの走査開始の基準位置を検出し、同期信号発生手段によって発生する走査同期信号に同期させて、光源の発光制御するため、被走査面に再現性良くドットを形成することができる。また、一走査期間中に一ドット相当の発光を一定時間間隔で繰返すことで、複数のドットを形成させることができる。また、粗動ステージを所定ピッチで移動させることで、近接した（例えば、６０μｍ〜１ｍｍ）ドット間隔の測定を行なえる。
【００２０】
また、請求項１０の発明は、前記発光制御手段からレーザビームを一走査期間中に一定の時間間隔で繰返し発光させて被走査面上に複数のドットを形成させ、前記粗動ステージを用い走査光学系の走査速度と発光時間間隔から計算されるドット間隔だけの移動を繰返し、該走査光学系の有効走査幅内のそれぞれの位置で測定されたドット位置測定データを格納するデータ格納手段と、それぞれのドット位置において、理想的なドット位置からのずれ量、および、近接した２点間の距離から局所的な倍率誤差を算出する演算手段とを備えたことを特徴とする請求項３に記載の走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、走査光学系の有効走査幅に一定の間隔で打たれる複数のドット位置を測定できる。また、測定データを格納することで、それぞれの位置における理想的なドット位置、即ち設計上のドット位置とのずれ量の測定、および、近接した２点間の距離から局所的な倍率誤差を計算することができる。
【００２１】
また、請求項１１の発明は、前記遮光手段が前記スリットに隣接して配置されたスリットを有し、該隣接して配置されたスリットは、レーザビームの径より狭い幅であり、走査方向に対し任意な角度を有し、ビーム径より長いことを特徴とする請求項２に記載の走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、遮光手段の形状を斜めスリットに変更して、これを主走査方向と副走査方向にそれぞれ移動させることで、ドット位置の二方向の位置を同時に測定することができる。
【００２２】
また、請求項１２の発明は、前記発光制御手段からレーザビームを一走査期間中に一定の時間間隔で繰返し発光させて被走査面上に複数のドットを形成させ、前記粗動ステージを用い走査光学系の走査速度と発光時間間隔から計算されるドット間隔だけの移動を繰返し、該走査光学系の有効走査幅内のそれぞれの位置で測定されたドット位置測定データを格納するデータ格納手段と、
前記測定データに基づいてそれぞれのドットの走査方向位置と走査方向に垂直な垂直方向位置とを算出し、走査方向位置の算出結果に基づいて理想的なドット位置からのずれ量を算出すると共に、近接した２点間の距離に基づいて局所的な倍率誤差を算出し、且つ、垂直方向位置の算出結果に基づいて走査光学系の走査線曲がり量を算出する演算手段とを備えたことを特徴とする請求項３に記載の走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、ドット位置の二方向の位置測定を有効走査幅方向に繰返すことで、近接した２ドット間の走査方向および副走査方向の離間した距離から、局所的な倍率誤差および走査線曲がり量の測定を行うことができる。
【００２３】
また、請求項１３の発明は、前記走査光学系が組み付けられた画像形成装置に備える感光体ドラムユニットを外した該感光体ドラムユニットの占有空間内に、請求項１に記載の走査光学系のドット位置測定装置の内、少なくとも光センサ、遮光手段、微動ステージ、粗動ステージ及び位置検出手段からなる測定装置ハードウェア部を挿入して、実際の使用状態で、被走査面での走査方向のドット位置を測定することを特徴とする走査光学系のドット位置測定方法である。この構成では、測定装置のハードウェア部は、光センサと遮光手段と微動ステージと粗動ステージと位置検出手段から構成されているので、非常に小型化することができる。このため、画像形成装置における消耗品として交換される感光体ドラムユニットの代わりに、ドラム挿入部と案内機構を同一にすることで、そのまま画像形成装置に挿入して、実際の使用状態で、レーザビームにより形成されるドット位置の測定を行うことができる。これにより、光学系におけるレンズ（ｆθレンズ）やミラーの形状精度や取付位置不良およびポリゴンミラーの回転精度（ジッター）に起因する等速性誤差に伴う位置ずれや、光学ユニットの取付誤差や環境変化（温度、湿度等の変化）に伴う装置フレーム変形によって生じる位置ずれを感光体位置で直接一回測定するだけでドット位置の測定を行うことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る一実施形態の走査光学系のドット位置測定装置の概略システム構成図である。
図１を用いて、この走査光学系のドット位置測定装置（以下「測定装置」という）の概略システム構成について説明する。ここでは、走査光学系を有する走査光学ユニット１１の測定の場合を説明する。
【００２５】
走査光学ユニット１１は、レーザダイオードからなるレーザ光源（以下「ＬＤ」１２という）と、走査ビーム（レーザビーム）の走査開始位置を検出するフォトダイオード（以下「同期ＰＤ」という）１３は、測定装置１０と入出力できるようコネクタ接続できるようにしてある。また、ポリゴンミラー１４への信号入出力もコネクタ接続できるようにしておく。
【００２６】
これにより、測定装置１０は、ＬＤ１２から光ビームであるレーザビームをポリゴンミラー１４の反射面に向けて照射し、レーザビームを反射させて走査させる（走査ビーム）。
走査ビームは、同期ＰＤ１３に照射され、走査ビームの走査開始位置となる同期信号１６を得る。
【００２７】
次に、走査ビームは、コリメータレンズ等のレンズ（図示せず）により、ポリゴンミラー１４によって反射し、ｆθレンズ１５などの構成により走査され、感光体像位置Ｒに焦点を結んで直線上に結像する。このとき、測定装置１０は、ＬＤ１２に対し、発光制御部１７により予め設定されていたパターンでＬＤ駆動信号をもとに発光走査させ、この感光体像位置Ｒに配置した光センサ１８に入射させる。光センサ１８の出力信号はアンプ１９にて増幅され、高速Ａ／Ｄコンバータ２０にてデジタルデータに変換し、計測部ＣＰＵ４０にある光センサ信号検出部４１はデータ特定手段を用いて、有効データを特定し、データ格納部４２に格納している。計測部ＣＰＵ４０は、このほかに、取得したデータを演算して、ドット位置を算出する演算部４３と発光制御部１７に指令信号を発するＩ／Ｏ４４と光センサ１８の移動する機構を制御する機構制御部４５から構成されている。移動機構は、機構制御部４５からの指令に加え、位置追従制御部４６からの指令によって位置追従制御される。
【００２８】
図２は図１の走査光学系のドット位置測定装置の概略装置正面図、図３は図１の走査光学系のドット位置測定装置の概略装置断面図である。
遮光手段２１を微動ステージ２３によって微動させることで、光センサ１８に入射する光束に対する遮光位置を変えながら出力信号を取得している。微動ステージ２３は、例えば、二本の微動ステージ用ガイド２９に案内され、微動ステージ用モータ３０により駆動される。また、微動ステージ２３上に、遮光手段２１と位置検出ヘッド２４を同一部材に配置することで、遮光手段２１の位置を検出できるようにしている。また、位置検出スケール２５は、有効走査幅以上の検出範囲を有し、測定装置１０内に固定されている。
【００２９】
図４は図１の走査光学系のドット位置測定装置に備える発光制御部での発光タイミングのタイミングチャートの一例を示した図である。
図４に示すように、（ａ）が、ＬＤ基本信号であり、走査ビームの走査開始位置となる同期信号１６を得るために、走査同期信号検出手段である同期ＰＤ１３に確実に受光させるために、ある程度時間幅をもたせてＬＤ１２を発光させている。（ｂ）は、同期ＰＤ１３からの出力信号で同期信号１６をうる。走査同期信号検出手段によるＰＬＬ（ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）回路により位相同期させ、（ｂ）の立下がりタイミングで、走査光学系の画素クロック信号（ｃ）として位相調整された信号を生成する。信号（ｄ）は、この画素クロック信号で駆動されるカウンタ値であり、カウンタは同期信号１６で０にリセットされ、このカウンタ値を用いて、実際のＬＤ１２の書込みタイミングを制御する。すなわち、主走査方向の狙いの書込み位置に正確にビームを射出する。信号（ｅ）は、計測部ＣＰＵ４０で設定された所定のパターンに従い、実際にＬＤ１２を駆動させる信号である。例えば、図４では、４進のカウンタとして、Ｔｂを設定している。このようにドットの発光間隔Ｔｂを任意に設定することができる。（ｅ）のＬＤ駆動信号は、同期信号１６と正確にタイミングを合わされているため、被走査面上におけるドット位置の再現性は格段に向上させることができる。例えば、Ｔａは１画素の周期であり、感光体面位置Ｒにて、有効走査幅が３３０ｍｍを６００ｄｐｉ相当の書込み密度で、１走査の周期が４００μｓｅｃ、有効走査期間率が７０％の場合、
Ｔａ＝４００×０．７×１０−６／（３３０×６００／２５．４）＝３．６×１０−８ｓｅｃ＝３６ｎｓｅｃである。画素クロック（ｃ）は、１／３６（ｎｓｅｃ）＝２７．８ＭＨｚの周期である。
【００３０】
また、（ｇ）は光センサ１８の出力信号である。光センサ１８の出力信号は、高速Ａ／Ｄコンバータ２０により取得されるが、このときの検出タイミングは、外部トリガ信号発生手段が（ｅ）のＬＤ駆動信号の立上りから、所定時間Ｔｃだけ遅延させた外部トリガ信号（ｆ）を生成し、その立下りを使っている（図の矢印のタイミング）。
【００３１】
本実施形態では、画素カウンタのカウンタ値１０４のタイミングでレーザビームを点灯させ、ドット形成位置に光センサ１８を移動させて受光させている。一走査期間中にこれ以外のタイミングで取得した光センサ１８の出力信号はゼロとなる。
【００３２】
図５は図１の走査光学系のドット位置測定装置のＬＤ駆動信号の立上りと光センサ出力信号のタイミングを示した図である。
図５に示すように、ＬＤ駆動信号の立上りから光センサの出力信号が最大になるまでの時間は、遮光手段の位置によって光センサ１８に入射する光量によらず略一定である。本実施例では、予め、この時間を測定しておくことで遅延時間Ｔｃの設定を行っている。
【００３３】
図６は図１の走査光学系のドット位置測定装置のドット位置測定フローチャートを示した図である。
まず、粗動ステージ２２及び微動ステージ２３を用いて光センサ１８を初期位置に位置決めする（Ｓ１）。次にビーム走査線上の略ドット形成位置まで粗動ステージ２２を使い移動させ（Ｓ２）、微動ステージ２３を使って遮光手段２１の位置を微動させて光ビームを横切らせるようピッチ送りを開始する（Ｓ３）。例えば、送り量は１μｍとする。また、発光制御部１７よりレーザビーム光源をビーム走査期間中に１ドットに相当する時間だけ点灯されるように点灯制御し（Ｓ４）、レーザビームを遮光手段で光束を制限させて、光センサに入射させ光センサからの出力信号を取得する（Ｓ５）。また、光センサ信号検出部４１により一走査期間中でサンプリングされた中から、有効なデータのみデータ格納部４２に格納する（Ｓ６、Ｓ７）。またこの時、同時に遮光手段２１の位置検出データも同時に格納する（Ｓ７）。発光制御部１７からは、同期信号１６により同期されて同一パターンの照射を繰返し、微動ステージによるそれぞれの遮光手段２１の位置を変えて光センサ１８からの出力データの取得及び格納を所定範囲で実行する（Ｓ８）。この位置での測定回数が終われば、粗動ステージ２２を次のドット形成位置に移動させて同様の測定を繰返し、有効走査幅におけるドット位置測定が全て終われば、全ての測定を完了する（Ｓ９）。
【００３４】
図７は図１の走査光学系のドット位置測定装置の演算部でのあるドットの位置算出例を示した図である。
図７に示すように、遮光手段の位置に応じた光センサ１８の出力曲線が得られる。演算部４３は、この曲線から、出力値が最大となる遮光手段位置を決定する。この時、この出力曲線をガウス分布式等による近似曲線をもとに最大値を求めるようにしても良い。また、有効走査幅で測定した全ドット位置における所定位置からのずれ量などを表示部４９にて表示させることもできる。
【００３５】
図８は図１の走査光学系のドット位置測定装置の遮光手段に用いたスリットの一例を示した図である。
図８に示すように、１ドット分に相当する走査ビームに対し、主走査方向のスリット幅は、主走査ビーム径に対し十分小さい幅（例えば、数μｍ）とし、走査方向と垂直な方向の径（以下副走査ビーム径という）より十分長いスリット３１（例えば、数ｍｍ）としている。
【００３６】
図２および図３に示すように、光センサ１８は、粗動ステージ２２上に配置されている。粗動ステージ２２は例えば、二本の粗動ステージ用ガイド２６に案内され、粗動ステージ用モータ２７により駆動される。ここでは、どちらも測定装置１０の両側板（図示しない）に固定されたシャフトに対し筒状のものを摺動させることで案内及び駆動されている。粗動ステージ用モータ２７として、シャフトタイプのリニアモータを用いることで省スペース化できる。粗動ステージ上面より張出部材２８を設け、これに、微動ステージ２３を取付けている。
【００３７】
図３に示すように、微動ステージ用ガイド２９と粗動ステージ用ガイド２６は、走査方向にそれぞれ平行に配置しておくことで、位置検出ヘッド２４は、微動ステージ２３で移動させても、粗動ステージ２２で移動させても位置を検出することができる。
【００３８】
図４に示す発光タイミングのタイミングチャートのように、ＬＤ駆動信号の立上りから生成された所定時間Ｔｃだけ遅延させた外部トリガ信号を用い、光センサ１８からの出力信号の検出タイミングとしている。
【００３９】
図４に示す光センサ１８からの出力信号は、高速Ａ／Ｄコンバータ２０を用いてＬＤ駆動信号をもとに生成された外部トリガによりデータサンプリングするため、一走査期間中に複数回の点灯を行うとそれだけサンプリングしてしまう。そこで、有効なデータを特定するために、光センサ信号検出部４１は一走査期間中に出力が最大値となる信号のみデータ格納部４２に保存するようにしている。
【００４０】
図９は図１の走査光学系のドット位置測定装置の別のドット位置測定フローチャートの別の一例を示した図である。
まず、粗動ステージ２２及び微動ステージ２３を用いて光センサ１８を初期位置に位置決めする（Ｓ１０）。次にビーム走査線上の略ドット形成位置まで粗動ステージ２２を使い移動させ（Ｓ１１）、微動ステージ２３を使って遮光手段の位置を微動させて光ビームを横切らせる（Ｓ１２）。また、発光制御部１７よりレーザビーム光源をビーム走査期間中に１ドットに相当する時間だけ点灯されるように点灯制御し（Ｓ１３）、レーザビームを遮光手段２１で光束を制限させて、光センサ１８に入射させて出力信号を取得する（Ｓ１４）。発光制御部１７からは、同期信号１６により同期されて同一パターンの照射を続ける。また、光センサ信号検出部４１により一走査期間中でサンプリングされた中から、有効なデータのみ記憶する（Ｓ１５、Ｓ１６）。またこの時、同時に遮光手段２１の位置検出データも同時に記憶する（Ｓ１６）。取得した光センサ１８の出力信号（初期値０）が更新されていれば、微動ステージ２３により遮光手段２１を同方向に微動させ位置決めする（Ｓ１７，Ｓ１８）。もし、最大値が更新されていなければ、移動方向を逆方向にかえて位置決めする（Ｓ２０）。このように出力信号が最大となる位置を位置追従制御部４６を用いて微動ステージ２３によりサーチ動作させる。この位置追従制御部４６は、光センサ１８の出力信号を高速Ａ／Ｄボード２０を介して、計測部ＣＰＵ４０に記憶されたデータをもとに追従制御しても良いが、本実施形態では、ＤＳＰなどの高速ボードを用いて、光センサ１８からの出力を増幅した信号を直接取込み、これをもとに、高速にサーチ動作させている。記憶した遮光手段２１の位置がある収束幅に収束したら（Ｓ１９）、その時の、遮光手段２１の位置をデータ格納部４２に保存する（Ｓ２１）。収束条件として例えば、収束幅に過去１０回の測定結果が±３μｍ（送り量１μｍ）に設定する。このとき収束信号発生手段により収束信号４７を発生させ、複数回連続して、この遮光手段２１の位置検出データを格納するようにすることもできる。この位置での測定が終われば、粗動ステージ２２を次のドット形成位置に移動させて同様の測定を繰返し（Ｓ２２）、有効走査幅におけるドット位置測定が全て終われば、全ての測定を完了する。
【００４１】
図１に示すように走査同期信号検出手段からの同期信号１６をカウントすることによってポリゴンミラー１４の特定の面で走査される走査ビームに限って発光させている。
【００４２】
図４に示すように、発光制御部１７は、走査同期信号検出手段によって同期信号１６を取込み、この信号に同期させてビームを１ドットに相当する時間だけの発光を、一走査期間中に一定の時間間隔で繰返し発光できる発光モードを備えている。例えば、図４のように４画素ごとに点灯させるようにできる。６００ｄｐｉの場合、ドット間ピッチは、１６９．３μｍとなる。
【００４３】
図４に示すように、被走査面上に所定間隔で打たれたドットに対し、粗動ステージ２２を用い走査光学系の走査速度と発光時間間隔から計算されるドット間隔だけの移動を繰返し、走査光学ユニット１１の有効走査幅において、それぞれのドット位置測定データをデータ格納部４２に格納し、演算部４３を用いて演算されたそれぞれのドット位置から、理想的なドット位置、即ち設計上のドット位置からのずれ量、および、近接した２点間の距離から局所的な倍率誤差を算出する。
【００４４】
図１０は、図１の走査光学系のドット位置測定装置の遮光手段に用いた別のスリットを示した図である。
図１０に示すように、遮光手段２１として、傾きの異なるスリットを２つ隣接して配置させる。１つは、レーザビームの走査方向の径より狭い幅であり、レーザビームの走査方向と垂直な方向の径より長いスリット３１とし、もう１つは、例えば、光ビームの径より十分小さい幅であり、走査方向および副走査方向にそれぞれ４５度の角度を持ちビーム径に対し、十分長いスリット３２とする。
【００４５】
まず、走査方向と直角方向に長いスリット３１により、請求項１及び請求項６記載の方法で、主走査方向のドット位置を測定し、次に、４５度のスリット３２での測定を行う。このとき、副走査方向のドット位置は、４５度のスリット３２で測定した遮光手段２１の位置をもとに、主走査方向のドット位置情報を加味して、副走査方向のドット位置の演算を行う。これは、４５度のスリット３２により、光センサ１８が最大となる位置は、走査方向のドット位置ずれと副走査方向のドット位置ずれの両方の影響を受けるためである。初めに、走査方向のドット位置ずれ量を把握することで、副走査方向のドット位置を演算により算出することができる。
【００４６】
図１１は、走査光学ユニット１１の有効走査幅に一定の間隔（図１１では、ｄｒ１＝ｄｒ２＝ｄｒ３＝ｄｒ３）で打たれる複数のドット位置において取得した、主走査方向と副走査方向のドット位置測定データをもとに、理想的なドット位置、即ち設計上のドット位置からのずれ量、および、近接した２点間の距離から局所的な倍率誤差、および、副走査方向測定データから走査光学系の走査線曲がり量を算出するための模式図である。例えば、測定範囲Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４箇所での測定結果から、それぞれの位置での位置ずれ量ｄｘ０、ｄｘ１、ｄｘ２、ｄｘ３を取得でき、また局所的なピッチ間隔ｄｐ１、ｄｐ２、ｄｐ３を取得でき、さらに走査線曲がり量ｄｙを取得できる。
【００４７】
図３の断面側面図のように、光センサ１８、遮光手段２１、微動ステージ２３、粗動ステージ２２及び位置検出部４８からなる測定装置ハードウェア部を実際の画像形成装置での感光体ドラムユニットの代わりに挿入できる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、走査領域内で、走査ビームにより形成される走査方向のドット位置を測定することで、走査光学系におけるレンズ（ｆθレンズ）やミラーの形状精度やその取付位置不良、および、ポリゴンミラーの回転精度（ジッター）に起因する等速性誤差に伴うドット位置ずれを測定および評価できる。また、測定結果を用いて、画像形成装置における走査ビームの照射位置補正を行うことで、適切な位置へのドット形成が可能となる。
【００４９】
また、請求項２の発明によれば、光センサの遮光手段として主走査ビーム径より十分小さい幅（例えば、数μｍ）のスリットを設け、これを移動させるだけで良いため、光センサを含めた検出系を小型化できる。
【００５０】
また、請求項３の発明によれば、走査光学系の有効走査幅の任意な位置で、走査方向のドット位置を測定することができる。
【００５１】
また、請求項４の発明によれば、遮光手段の位置を微動ステージと粗動ステージのいずれで移動しても同一の位置検出手段により、基準位置からの距離が測定できる。予め誤差を把握しておくことで測定誤差を小さくできる。測定分解能を高めることも容易である。また、検出手段が１つで済むので、装置を小型化できる。
【００５２】
また、請求項５の発明によれば、ＬＤ駆動信号と光センサからの出力信号の検出タイミングとを同期させることで、光センサに走査ビームが照射されるタイミングで確実にその出力信号を取得することができる。
【００５３】
また、請求項６の発明によれば、レーザビームの光源を一走査期間中に複数回点灯させた場合でも、光センサが受光したときの有効なデータを取得することができる。
【００５４】
また、請求項７の発明によれば、走査ビームに対して遮光手段を高速に微動させて、光センサからの出力信号が最大になる位置をサーチ動作させるので、高速にドット位置を測定できる。また、収束信号発生手段により発生した収束信号を検知した後、複数回測定された測定値の平均値からドット位置を算出するので、ビームの短時間で生じる揺らぎ成分を平均化でき、信頼性のあるドット位置測定が可能となる。
【００５５】
また、請求項８の発明によれば、発光制御手段は、走査同期信号検出手段からの走査同期信号をカウントすることによってポリゴンミラーの特定の面を選択して発光させることができるので、ポリゴンミラー各面の面精度に起因する位置ずれ成分を評価時に分離して評価することができる。
【００５６】
また、請求項９の発明によれば、一走査期間中に一ドット相当の発光を一定時間間隔で繰返すことで、複数のドットを形成させることができる。また、粗動ステージを所定ピッチで移動させることで、近接した（例えば、６０μｍ〜１ｍｍ）ドット間隔の測定を行なえる。
【００５７】
また、請求項１０の発明によれば、走査光学系の有効走査幅に一定の間隔で打たれる複数のドット位置において、それぞれの位置における理想的なドット位置とのずれ量の測定、および、近接した２点間の距離から局所的な倍率誤差を計算することができる。
【００５８】
また、請求項１１の発明によれば、遮光手段の形状が直交のものと斜めスリットの両方を使って、これを主走査方向に移動させることで、ドット位置の二方向の位置を測定することができる。
【００５９】
また、請求項１２の発明によれば、ドット位置の二方向の位置測定を有効走査幅方向に繰返すことで、近接した２ドット間の走査方向および副走査方向の離間した距離から、局所的な倍率誤差および走査線曲がり量の測定を行うことができる。
【００６０】
また、請求項１３の発明によれば、測定装置のハードウェア部を小型化したことで、画像形成装置における消耗品として交換される感光体ドラムユニットの代わりに、ドラム挿入部と案内機構を同一にし、そのまま画像形成装置に挿入できる。つまり、実際の使用状態で、走査ビームにより形成されるドット位置の測定を行うことができる。これにより、走査光学ユニットの取付位置不良に起因する位置ずれや、環境変化（温度、湿度等の変化）に伴う装置フレーム変形によって生じる位置ずれを感光体位置で直接測定して評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態の走査光学系のドット位置測定装置の概略システム構成図である。
【図２】図１の走査光学系のドット位置測定装置の概略装置正面図である。
【図３】図１の走査光学系のドット位置測定装置の概略装置側面断面図である。
【図４】図１の走査光学系のドット位置測定装置に備える発光制御部での発光タイミングのタイミングチャートの一例を示した図である。
【図５】図１の走査光学系のドット位置測定装置のＬＤ駆動信号の立上りと光センサ出力信号のタイミングを示した図である。
【図６】図１の走査光学系のドット位置測定装置のドット位置測定フローチャートを示した図である。
【図７】図１の走査光学系のドット位置測定装置の演算部でのドット位置算出例を示した図である。
【図８】図１の走査光学系のドット位置測定装置の遮光手段に用いたスリットの一例を示した図である。
【図９】図１の走査光学系のドット位置測定装置の別のドット位置測定フローチャートの別の一例を示した図である。
【図１０】図１の走査光学系のドット位置測定装置の遮光手段に用いた別のスリットを示した図である。
【図１１】図１の走査光学系のドット位置測定装置の倍率誤差および走査線曲がり量の測定例を示した図である。
【符号の説明】
１０測定装置
１１走査光学ユニット
１２ＬＤ（レーザダイオード）
１３同期ＰＤ（フォトダイオード）
１４ポリゴンミラー
１５ｆθレンズ
１６同期信号
１７発光制御部
１８光センサ
１９アンプ
２０高速Ａ／Ｄコンバータ
２１遮光手段
２２粗動ステージ
２３微動ステージ
２４位置検出ヘッド
２５位置検出スケール
２６粗動ステージ用ガイド
２７粗動ステージ用モータ
２８張出部材
２９微動ステージ用ガイド
３０微動ステージ用モータ
３１スリット（直交）
３２スリット（斜め）
４０計測部ＣＰＵ
４１光センサ信号検出部
４２データ格納部
４３演算部
４４Ｉ／Ｏ
４５機構制御部
４６位置追従制御部
４７収束信号
４８位置検出部
４９表示部
Ｒ感光体像位置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for measuring a dot position of a scanning optical system, and more particularly, as an image forming apparatus having a scanning optical system, for example, a method of writing by scanning a laser beam or an LED array method. Related to the solid-state imaging method, etc., especially, the writing position of a scanning optical system used in an image forming apparatus such as a laser beam printer, a laser facsimile, and a color copying machine that forms an image by exposing an optical writing beam to a photoconductor. The present invention relates to a method and an apparatus for measuring the dot position of a scanning optical system capable of measuring the dot position.
[0002]
[Prior art]
A scanning optical unit used in an electrophotographic image forming apparatus such as a laser printer, a copying machine, and a facsimile generally has a scanning optical system including a laser light source, a collimating lens, various lens mirrors, and a polygon mirror. I have. The point image on the photoconductor is scanned in the main scanning direction by the rotation of the polygon mirror, and is scanned in the sub-scanning direction by the rotation of the photoconductor drum to form an electrostatic latent image. A toner image is formed by attaching toner to the surface of the photosensitive drum on which the electrostatic latent image has been formed and visualizing the toner image. The toner image is transferred and fixed on a transfer sheet, and the toner image is formed on the transfer sheet. Form an image.
[0003]
In a color image forming apparatus provided with this scanning optical unit for toners of a plurality of colors, images on a plurality of photoconductors are sequentially superimposed on one sheet of transfer paper to complete the image. Must be matched. However, in an apparatus that performs exposure processing of a photoconductor using a laser beam as described above, the fθ characteristic differs depending on the shape accuracy and position accuracy of a lens (fθ lens) and a mirror in an optical system, or a polygon mirror is used. The position at which dots are formed by the scanning beam is different due to the influence of the rotational accuracy (jitter) of the scanning. Further, the dot formation position shift also occurs due to the mounting error of the optical unit and the deformation of the device frame due to environmental changes (changes in temperature, humidity, etc.).
[0004]
Therefore, in order to align the dot position in the main scanning direction formed by each scanning optical unit in the color image forming apparatus, a technology for measuring the dot position and a technology for correcting the amount of displacement using the acquired measured values have been developed. Have been.
[0005]
That is, various methods for correcting the printing position in the color image forming apparatus have been proposed. For example, in the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-352744, an image is formed by a printer engine based on image data composed of a specific pattern as a reference document, and the printed document is sent to a scanner to read the image and read the image. By comparing the obtained image with the original image data, the distortion amount of the image caused by the scanning optical unit of each color is obtained. In addition, a technique has been proposed in which the detected image distortion is corrected to correct the printing position deviation of each color, thereby correcting the color deviation of the image. However, in this method, even when the image writing irradiation position and the image writing end irradiation position by the laser beam are matched, the position of the laser beam is different in the middle, and a color shift may occur in that portion.
[0006]
Further, in the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-86795 previously proposed by the present applicant, a beam image on a surface to be scanned of a scanning optical system is enlarged by an objective lens, and imaging by a CCD camera is performed by scanning. While moving the CCD camera in the direction, the beam light amount distribution and the beam position are measured from the beam image at each position. Since it is difficult to put the measuring device in the image forming device due to the image forming length of the magnifying optical element, the size of the image forming device itself, and the size of the CCD camera, the scanning optical unit is assembled in the image forming device. It is not possible to measure the dot position in the inserted state.
[0007]
In the technology disclosed in Japanese Patent No. 3231610, before mounting a scanning optical unit on an image forming apparatus, a scanning beam is imaged by a CCD camera installed at a predetermined interval at an image forming position, and a plurality of CCD cameras are mounted. From the dot position obtained from the above, constant-velocity correction data for selecting and specifying each of three types of video clocks (reference cycle, short cycle, and long cycle) in sections equally divided by the number of cameras is generated. Based on this, the light source is controlled to emit light, the irradiation position of the laser beam is controlled, and the constant velocity error is corrected, thereby reducing the color shift of the color image forming apparatus.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-11-352744
[Patent Document 2]
JP-A-2002-86795
[Patent Document 3]
Japanese Patent No. 3231610
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the technology disclosed in Japanese Patent No. 3231610, the dot position on the surface to be scanned in the scanning optical unit can be measured only by a fixed and limited number of CCD cameras, and only five dot positions in the main scanning direction are measured. Since the measurement is not performed, the position correction data is not calculated from the actually measured dot position, and is not an ideal correction amount. For this reason, depending on the location, a position shift may be increased. In addition, since it is not possible to measure the distance between adjacent dots (for example, 60 μm to 1 mm), it is not possible to locally correct the dot position.
[0010]
Accordingly, the present invention provides a method for adjusting the position of a lens (fθ lens) or a mirror in a scanning optical system, a defective position of the mirror, a positional error of a dot due to a uniform velocity error caused by a rotational accuracy (jitter) of a polygon mirror, and an optical system. Measurement and evaluation of dot position under actual use conditions with the dot position shift caused by the device frame deformation due to unit mounting error and environmental change (change in temperature, humidity, etc.) attached to the image forming apparatus A scanning optical system capable of accurately measuring the dot position in the scanning direction formed by the scanning beam in the entire scanning area in order to form an appropriate dot by correcting the irradiation position of the scanning beam in the image forming apparatus. It is an object of the present invention to provide a dot position measuring device.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is directed to a scanning optical system that forms a dot on a surface to be scanned by scanning a laser beam,
Light emission control means for controlling the light emission timing of the laser light source that emits the laser beam and performing pulse light emission at a predetermined light emission time and interval,
Scanning synchronization signal detection means for detecting a scanning synchronization signal as the scanning timing of the laser beam,
An optical sensor having an area larger than the spot area of the laser beam arranged on the beam scanning line,
Light sensor signal detection means for detecting an output signal of the light sensor;
Light shielding means arranged in front of the optical sensor to limit the incident light flux,
A fine movement stage for finely moving the light shielding means in the scanning direction;
Position detection means for detecting the position of the light shielding means,
Data storage means for storing each measurement data of the position of the light shielding means and the output signal from the optical sensor,
Calculating means for calculating a dot position based on the measurement data,
During the beam scanning, the laser beam is turned on for a time corresponding to one dot, the laser beam is repeatedly scanned through the light shielding means at the dot forming position to be received by the optical sensor, and the position of the light shielding means is finely moved to cross the laser beam. A dot position measuring device for a scanning optical system, which measures a position of a dot formed on a surface to be scanned in a scanning direction. In this configuration, an optical sensor is arranged on the surface to be scanned, the light beam of the incident laser beam is restricted by a light shielding unit, and the position of the light shielding unit is finely moved by using a fine movement stage to traverse the laser beam. The dot position is calculated based on the position and the obtained output signal from the optical sensor, and from the calculation result, the dot position formed on the surface to be scanned by the laser beam emitted from the scanning optical unit can be measured.
[0012]
The invention according to claim 2 is characterized in that the light shielding means has a slit having a width smaller than a diameter in a scanning direction of the laser beam and longer than a diameter in a direction perpendicular to the scanning direction of the laser beam. A dot position measuring device for a scanning optical system according to claim 1. In this configuration, the light-shielding means of the optical sensor has a width (for example, several μm) sufficiently smaller than the diameter in the scanning direction of the laser beam (hereinafter referred to as the main scanning beam diameter), so that the size of the detection system including the optical sensor can be reduced. Is possible.
[0013]
Further, according to a third aspect of the present invention, there is provided a coarse moving unit which is disposed in parallel with the fine movement stage, and is provided with the optical sensor, the light shielding means and the fine movement stage, and coarsely moves an effective scanning width of the scanning optical system in a scanning direction. 2. The dot position measuring device for a scanning optical system according to claim 1, further comprising a moving stage. In this configuration, the dot position can be measured at an arbitrary position in the effective scanning width by sequentially moving the position of the optical sensor using the coarse movement stage.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, the position detecting means includes a position detecting head attached to the same member as the light shielding means, and a position detecting scale having a detection width equal to or larger than an effective scanning width of the scanning optical system. 2. A dot position measuring apparatus for a scanning optical system according to claim 1, wherein: In this configuration, the dot position is measured based on the position of the light shielding means for restricting the light flux incident on the optical sensor. However, since the fine movement stage and the coarse movement stage are arranged in parallel, this light shielding means is arranged in parallel. No matter which stage it moves, it can be detected by the same position detecting means. By calibrating the signal from the position detecting means in advance, the measurement error can be reduced. It is also easy to increase the measurement resolution if necessary. Further, since only one position detecting means is required, the size of the entire apparatus can be reduced.
[0015]
The invention according to claim 5 further comprises external trigger generation means for generating an external trigger signal synchronized with an LD drive signal for turning on the laser light source from the light emission control means, and using the external trigger generation means as a detection timing, 2. The apparatus according to claim 1, wherein the detecting unit obtains an output signal from the optical sensor. With this configuration, by synchronizing the LD drive signal with the detection timing of the optical sensor, it is possible to reliably acquire the output signal at the timing when the laser beam is applied to the optical sensor.
[0016]
According to a sixth aspect of the present invention, in the scanning optical system according to the fourth aspect, the optical sensor signal detecting means includes a data specifying means for acquiring only a maximum value of an output signal during one scanning period. It is a dot position measuring device of the system. With this configuration, when the light source of the laser beam is turned on a plurality of times during one scanning period, the output signal from the optical sensor is sampled using the external trigger signal synchronized with the LD drive signal, so that the optical sensor receives light. Although data is taken in even when it is not used, if only the maximum value of the output signal is used as data within one scanning period, valid data can be obtained when the laser beam is received by the optical sensor.
[0017]
The invention according to claim 7, wherein the position of the light shielding means is finely moved by the fine movement stage, and the position of the light shielding means is searched so that the output signal from the optical sensor acquired at each position is maximized. Beam position following control means, convergence signal generating means for generating a convergence signal when the position of the light shielding means converges within a certain convergence width, and wherein the position detecting means of the light shielding means has one or more positions. 2. The apparatus according to claim 1, wherein the measurement data is stored in the data storage unit. In this configuration, the light-blocking means is moved by the fine movement stage with respect to the laser beam, and each time the output signal from the optical sensor is measured, it is determined whether or not the output signal is larger than the previous measurement result. The position of the light shielding means is made to follow the center of the dot position so as to be as follows. Thereby, the dot position can be measured from the light shielding means position. Further, since the maximum value of the output signal is not updated and the fact that the fluctuation width of the position detection value has converged to the predetermined width is generated by the convergence signal generation means, more accurate dot position measurement can be performed.
After detecting the convergence signal generated by the convergence signal generation means, the dot position is calculated from the average value of the measurement values measured a plurality of times by the position detection means, so that the fluctuation component generated in a short time of the laser beam is averaged. This allows stable dot position measurement.
[0018]
Further, in the invention according to claim 8, the scanning optical system has a polygon mirror, and the light emission control means scans on a specific surface of the polygon mirror by counting a scanning synchronization signal from the scanning synchronization signal detecting means. The dot position measuring device for a scanning optical system according to claim 1, wherein the laser beam is emitted only for the laser beam to be emitted. In this configuration, the light emission control unit can select a specific surface of the polygon mirror and emit light by counting the scanning synchronization signal from the scanning synchronization signal detection unit. The measurement can be performed so that the position shift component does not enter. Also, dot position measurement for each surface can be performed.
[0019]
According to a ninth aspect of the present invention, the light emission control means captures a scan synchronization signal by the scan synchronization signal detection means and synchronizes with the signal to emit a laser beam for a time corresponding to one dot. 2. The scanning optical system dot position measuring apparatus according to claim 1, further comprising a light emitting mode capable of repeatedly emitting light at a constant time interval during a period. In this configuration, the light emission control means detects the reference position of the start of scanning of the laser beam by the scan synchronization signal detection means, and controls the light emission of the light source in synchronization with the scan synchronization signal generated by the synchronization signal generation means. Dots can be formed on the scanning surface with good reproducibility. Further, a plurality of dots can be formed by repeating light emission corresponding to one dot at regular time intervals during one scanning period. In addition, by moving the coarse movement stage at a predetermined pitch, it is possible to measure a dot interval close to (for example, 60 μm to 1 mm).
[0020]
Further, according to a tenth aspect of the present invention, the light emission control means repeatedly emits a laser beam at a fixed time interval during one scanning period to form a plurality of dots on the surface to be scanned, and scans using the coarse movement stage. Data storage means for repeating the movement for the dot interval calculated from the scanning speed and the light emission time interval of the optical system and storing dot position measurement data measured at each position within the effective scanning width of the scanning optical system, 4. An arithmetic unit for calculating a local magnification error from a deviation amount from an ideal dot position and a distance between two adjacent points at each dot position. Is a dot position measuring device of the scanning optical system. With this configuration, it is possible to measure a plurality of dot positions hit at a fixed interval in the effective scanning width of the scanning optical system. In addition, by storing the measurement data, the amount of deviation from the ideal dot position at each position, that is, the design dot position, is measured, and the local magnification error is calculated from the distance between two adjacent points. can do.
[0021]
Further, the invention according to claim 11 is characterized in that the light shielding means has a slit arranged adjacent to the slit, and the slit arranged adjacent has a width smaller than the diameter of the laser beam, and The dot position measuring device for a scanning optical system according to claim 2, wherein the device has an arbitrary angle with respect to the beam diameter and is longer than the beam diameter. In this configuration, the shape of the light shielding means is changed to an oblique slit, and the oblique slit is moved in the main scanning direction and the sub-scanning direction, whereby the positions in the two dot positions can be measured simultaneously.
[0022]
Further, according to a twelfth aspect of the present invention, a laser beam is emitted repeatedly from the light emission control means at a fixed time interval during one scanning period to form a plurality of dots on a surface to be scanned, and scanning is performed using the coarse movement stage. Data storage means for repeating the movement for the dot interval calculated from the scanning speed and the light emission time interval of the optical system and storing dot position measurement data measured at each position within the effective scanning width of the scanning optical system,
Calculating the scanning direction position of each dot and the vertical position perpendicular to the scanning direction based on the measurement data, and calculating the amount of deviation from the ideal dot position based on the calculation result of the scanning direction position, Calculating means for calculating a local magnification error based on a distance between two adjacent points and calculating a scanning line bending amount of the scanning optical system based on a calculation result of a vertical position. The dot position measuring device for a scanning optical system according to claim 3. In this configuration, by repeating the position measurement in the two directions of the dot position in the effective scanning width direction, the local magnification error and the amount of scan line bending can be determined from the distance between the two adjacent dots in the scanning direction and the sub-scanning direction. Can be measured.
[0023]
According to a thirteenth aspect of the present invention, the dot position of the scanning optical system according to the first aspect is provided in an occupied space of the photosensitive drum unit from which the photosensitive drum unit provided in the image forming apparatus to which the scanning optical system is assembled is removed. In the measuring device, at least the measuring device hardware section including the optical sensor, the light blocking means, the fine moving stage, the coarse moving stage, and the position detecting means is inserted, and in the actual use state, the dot position in the scanning direction on the surface to be scanned. Is a dot position measuring method for a scanning optical system, characterized in that In this configuration, the hardware unit of the measuring device includes the optical sensor, the light shielding unit, the fine movement stage, the coarse movement stage, and the position detection unit, so that the size can be extremely reduced. For this reason, instead of the photosensitive drum unit which is exchanged as a consumable in the image forming apparatus, the drum insertion portion and the guide mechanism are made the same, so that the drum insertion section can be directly inserted into the image forming apparatus, and the laser beam can be used in an actual use state. The measurement of the dot position formed by can be performed. As a result, a positional deviation due to a uniform velocity error caused by a defective shape or mounting position of a lens (fθ lens) or a mirror in an optical system and a rotational accuracy (jitter) of a polygon mirror, a mounting error of an optical unit, or environmental change. The dot position can be measured only once by directly measuring the position shift caused by the deformation of the device frame due to (change in temperature, humidity, etc.) at the photoconductor position.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic system configuration diagram of a scanning optical system dot position measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
With reference to FIG. 1, a schematic system configuration of a dot position measuring device (hereinafter, referred to as a “measuring device”) of the scanning optical system will be described. Here, a case of measurement by the scanning optical unit 11 having a scanning optical system will be described.
[0025]
The scanning optical unit 11 includes a laser light source (hereinafter, referred to as “LD” 12) composed of a laser diode and a photodiode (hereinafter, referred to as “synchronous PD”) 13 for detecting a scanning start position of a scanning beam (laser beam). The connector can be connected so as to be able to input and output with 10. In addition, signal input / output to / from the polygon mirror 14 can be connected to a connector.
[0026]
As a result, the measuring apparatus 10 irradiates the laser beam, which is a light beam, from the LD 12 toward the reflection surface of the polygon mirror 14 and reflects and scans the laser beam (scanning beam).
The scanning beam is applied to the synchronization PD 13 to obtain a synchronization signal 16 which is a scanning start position of the scanning beam.
[0027]
Next, the scanning beam is reflected by a polygon mirror 14 by a lens (not shown) such as a collimator lens, is scanned by an fθ lens 15 or the like, and is focused on the photoconductor image position R to form a straight line. Image. At this time, the measurement device 10 causes the LD 12 to scan for light emission based on the LD drive signal in a pattern set in advance by the light emission control unit 17 and to make the LD 12 incident on the optical sensor 18 disposed at the photoconductor image position R. . The output signal of the optical sensor 18 is amplified by the amplifier 19, converted into digital data by the high-speed A / D converter 20, and the optical sensor signal detection unit 41 in the measurement unit CPU 40 uses the data specifying unit to convert the effective data. Identified and stored in the data storage unit 42. In addition, the measurement unit CPU 40 calculates the dot position by calculating the acquired data, the I / O 44 that issues a command signal to the light emission control unit 17, and the mechanism that controls the movement mechanism of the optical sensor 18. It comprises a control unit 45. The movement mechanism is position-followed by a command from a position-following control unit 46 in addition to a command from the mechanism control unit 45.
[0028]
FIG. 2 is a schematic front view of the scanning optical system dot position measuring apparatus of FIG. 1, and FIG. 3 is a schematic sectional view of the scanning optical system dot position measuring apparatus of FIG.
By finely moving the light shielding means 21 by the fine movement stage 23, an output signal is obtained while changing the light shielding position for the light beam incident on the optical sensor 18. The fine movement stage 23 is guided by, for example, two fine movement stage guides 29 and is driven by a fine movement stage motor 30. Further, by disposing the light shielding means 21 and the position detection head 24 on the same member on the fine movement stage 23, the position of the light shielding means 21 can be detected. The position detection scale 25 has a detection range equal to or larger than the effective scanning width, and is fixed in the measuring device 10.
[0029]
FIG. 4 is a diagram showing an example of a timing chart of light emission timing in a light emission control unit provided in the dot position measuring device of the scanning optical system in FIG.
As shown in FIG. 4, (a) is an LD basic signal, in order to obtain a synchronizing signal 16 which is a scanning start position of a scanning beam, and to ensure that the synchronizing PD 13 which is a scanning synchronizing signal detecting means receives light. The LD 12 emits light with a certain time width. FIG. 3B shows a synchronizing signal 16 obtained from the synchronizing PD 13. The phase is synchronized by a PLL (Phase Locked Loop) circuit by the scanning synchronization signal detecting means, and a signal whose phase is adjusted as a pixel clock signal (c) of the scanning optical system is generated at the falling timing of (b). The signal (d) is a counter value driven by the pixel clock signal. The counter is reset to 0 by the synchronizing signal 16, and the actual writing timing of the LD 12 is controlled using the counter value. That is, a beam is accurately emitted to a target writing position in the main scanning direction. The signal (e) is a signal for actually driving the LD 12 according to a predetermined pattern set by the measurement unit CPU 40. For example, in FIG. 4, Tb is set as a quaternary counter. In this way, the light emission interval Tb between dots can be set arbitrarily. Since the LD drive signal of (e) is precisely synchronized with the synchronization signal 16, the reproducibility of the dot position on the surface to be scanned can be remarkably improved. For example, when Ta is the cycle of one pixel, and at the photosensitive member surface position R, the effective scanning width is 330 mm, the writing density is equivalent to 600 dpi, the one scanning cycle is 400 μsec, and the effective scanning period rate is 70%,
Ta = 400 × 0.7 × 10−6 / (330 × 600 / 25.4) = 3.6 × 10−8 sec = 36 nsec. The pixel clock (c) has a cycle of 1/36 (nsec) = 27.8 MHz.
[0030]
(G) is an output signal of the optical sensor 18. The output signal of the optical sensor 18 is obtained by the high-speed A / D converter 20. At this time, the detection timing is such that the external trigger signal generation means delays by a predetermined time Tc from the rise of the LD drive signal of (e). Then, the external trigger signal (f) is generated and its falling is used (timing indicated by an arrow in the figure).
[0031]
In this embodiment, the laser beam is turned on at the timing of the counter value 104 of the pixel counter, and the optical sensor 18 is moved to the dot forming position to receive light. The output signal of the optical sensor 18 acquired at another timing during one scanning period becomes zero.
[0032]
FIG. 5 is a diagram showing the rise of the LD drive signal and the timing of the optical sensor output signal of the dot position measuring device of the scanning optical system of FIG.
As shown in FIG. 5, the time from the rise of the LD drive signal to the maximum output signal of the optical sensor is substantially constant irrespective of the amount of light incident on the optical sensor 18 depending on the position of the light shielding means. In this embodiment, the delay time Tc is set by measuring this time in advance.
[0033]
FIG. 6 is a diagram showing a dot position measuring flowchart of the dot position measuring device of the scanning optical system of FIG.
First, the optical sensor 18 is positioned at the initial position using the coarse movement stage 22 and the fine movement stage 23 (S1). Next, the coarse movement stage 22 is used to move to the substantially dot forming position on the beam scanning line (S2), and the fine feed stage 23 is used to finely move the position of the light shielding means 21 to start pitch feed so as to cross the light beam ( S3). For example, the feed amount is 1 μm. Further, the light emission control unit 17 controls lighting of the laser beam light source so that the laser beam light source is turned on for a time corresponding to one dot during the beam scanning period (S4). Then, the output signal from the optical sensor is acquired (S5). Further, only the valid data from the data sampled during one scanning period by the optical sensor signal detection unit 41 is stored in the data storage unit 42 (S6, S7). At this time, the position detection data of the light shielding means 21 is also stored at the same time (S7). The light emission control unit 17 repeats irradiation of the same pattern in synchronization with the synchronization signal 16, changes the position of each light shielding unit 21 by the fine movement stage, and executes acquisition and storage of output data from the optical sensor 18 within a predetermined range. (S8). When the number of measurements at this position is completed, the coarse movement stage 22 is moved to the next dot formation position and the same measurement is repeated. When all dot position measurements in the effective scanning width are completed, all measurements are completed (S9). ).
[0034]
FIG. 7 is a diagram showing an example of calculating the position of a certain dot in the calculation unit of the dot position measuring device of the scanning optical system in FIG.
As shown in FIG. 7, an output curve of the optical sensor 18 according to the position of the light shielding means is obtained. The calculation unit 43 determines the position of the light-shielding means at which the output value becomes maximum from the curve. At this time, the maximum value of the output curve may be obtained based on an approximate curve such as a Gaussian distribution equation. The display unit 49 can also display the amount of deviation from the predetermined position in all dot positions measured with the effective scanning width.
[0035]
FIG. 8 is a view showing an example of a slit used for a light shielding means of the dot position measuring device of the scanning optical system of FIG.
As shown in FIG. 8, for a scanning beam corresponding to one dot, the slit width in the main scanning direction is set to a width (for example, several μm) sufficiently smaller than the diameter of the main scanning beam. The slit 31 (for example, several mm) is sufficiently longer than the diameter (hereinafter referred to as a sub-scanning beam diameter).
[0036]
As shown in FIGS. 2 and 3, the optical sensor 18 is disposed on the coarse movement stage 22. The coarse movement stage 22 is guided by, for example, two coarse movement stage guides 26 and is driven by a coarse movement stage motor 27. Here, both are guided and driven by sliding a cylindrical member with respect to a shaft fixed to both side plates (not shown) of the measuring device 10. Space saving can be achieved by using a shaft type linear motor as the coarse movement stage motor 27. A projecting member 28 is provided from the upper surface of the coarse movement stage, and the fine movement stage 23 is attached to this.
[0037]
As shown in FIG. 3, the guide 29 for the fine movement stage and the guide 26 for the coarse movement stage are respectively arranged in parallel with the scanning direction, so that the position detecting head 24 can be moved roughly by the fine movement stage 23. The position can be detected even by moving the moving stage 22.
[0038]
As shown in the timing chart of the light emission timing shown in FIG. 4, an external trigger signal generated from the rise of the LD drive signal and delayed by a predetermined time Tc is used as the detection timing of the output signal from the optical sensor 18.
[0039]
Since the output signal from the optical sensor 18 shown in FIG. 4 is subjected to data sampling by an external trigger generated based on the LD drive signal using the high-speed A / D converter 20, the lighting is performed a plurality of times during one scanning period. If you do, it will sample that much. Therefore, in order to specify valid data, the optical sensor signal detection unit 41 stores only the signal whose output becomes the maximum value during one scanning period in the data storage unit 42.
[0040]
FIG. 9 is a diagram showing another example of another dot position measurement flowchart of the dot position measuring device of the scanning optical system of FIG.
First, the optical sensor 18 is positioned at the initial position using the coarse movement stage 22 and the fine movement stage 23 (S10). Next, the light beam is moved by using the coarse movement stage 22 to the approximate dot forming position on the beam scanning line (S11), and the light beam is traversed by finely moving the position of the light shielding means using the fine movement stage 23 (S12). Further, the light emission control unit 17 controls the lighting of the laser beam light source so as to be turned on for a time corresponding to one dot during the beam scanning period (S13). 18 to obtain an output signal (S14). The light emission control unit 17 continues the irradiation of the same pattern in synchronization with the synchronization signal 16. Also, only valid data is stored from among the data sampled during one scanning period by the optical sensor signal detection unit 41 (S15, S16). At this time, the position detection data of the light shielding means 21 is also stored at the same time (S16). If the acquired output signal (initial value 0) of the optical sensor 18 has been updated, the light-blocking means 21 is finely moved in the same direction by the fine movement stage 23 and positioned (S17, S18). If the maximum value has not been updated, the positioning is performed by changing the moving direction to the opposite direction (S20). In this way, the position where the output signal becomes maximum is searched by the fine movement stage 23 using the position following controller 46. The position follow-up control unit 46 may perform the follow-up control on the output signal of the optical sensor 18 via the high-speed A / D board 20 based on the data stored in the measurement unit CPU 40, but in the present embodiment, Using a high-speed board such as a DSP, a signal obtained by amplifying the output from the optical sensor 18 is directly taken in, and a high-speed search operation is performed based on the signal. When the stored position of the light shielding unit 21 converges to a certain convergence width (S19), the position of the light shielding unit 21 at that time is stored in the data storage unit 42 (S21). As the convergence condition, for example, the measurement results of the past 10 measurements are set to ± 3 μm (feed amount 1 μm) in the convergence width. At this time, the convergence signal 47 may be generated by the convergence signal generation means, and the position detection data of the light shielding means 21 may be stored continuously plural times. When the measurement at this position is completed, the coarse movement stage 22 is moved to the next dot formation position, and the same measurement is repeated (S22). When the dot position measurement in the effective scanning width is completed, all the measurements are completed. .
[0041]
As shown in FIG. 1, by counting the synchronization signal 16 from the scanning synchronization signal detecting means, only the scanning beam scanned on a specific surface of the polygon mirror 14 emits light.
[0042]
As shown in FIG. 4, the light emission control unit 17 takes in the synchronization signal 16 by the scanning synchronization signal detecting means, and synchronizes with this signal to emit light for a time corresponding to one dot for a certain period during one scanning period. A light emission mode capable of repeatedly emitting light at the time intervals of For example, as shown in FIG. 4, it is possible to light up every four pixels. In the case of 600 dpi, the pitch between dots is 169.3 μm.
[0043]
As shown in FIG. 4, for the dots hit on the surface to be scanned at predetermined intervals, the coarse movement stage 22 is used to repeat the movement for the dot interval calculated from the scanning speed of the scanning optical system and the light emission time interval, In the effective scanning width of the scanning optical unit 11, the respective dot position measurement data are stored in the data storage unit 42, and from the respective dot positions calculated using the calculation unit 43, the ideal dot position, that is, the design A local magnification error is calculated from a shift amount from the dot position and a distance between two adjacent points.
[0044]
FIG. 10 is a diagram showing another slit used for the light shielding means of the dot position measuring device of the scanning optical system of FIG.
As shown in FIG. 10, two slits having different inclinations are arranged adjacent to each other as the light shielding means 21. One is a slit 31 having a width smaller than the diameter in the scanning direction of the laser beam and longer than the diameter in a direction perpendicular to the scanning direction of the laser beam, and the other is, for example, a width sufficiently smaller than the diameter of the light beam. The slit 32 has an angle of 45 degrees in the scanning direction and the sub-scanning direction, and is sufficiently long with respect to the beam diameter.
[0045]
First, the dot position in the main scanning direction is measured by the slits 31 that are long in the direction perpendicular to the scanning direction by the method described in claim 1 and claim 6, and then the measurement is performed by the slit 32 at 45 degrees. At this time, the dot position in the sub-scanning direction is calculated based on the position of the light shielding means 21 measured by the 45-degree slit 32, taking into account dot position information in the main scanning direction. Do. This is because the position where the optical sensor 18 is maximized by the 45-degree slit 32 is affected by both the dot displacement in the scanning direction and the dot displacement in the sub-scanning direction. First, the dot position in the sub-scanning direction can be calculated by calculating the dot displacement amount in the scanning direction.
[0046]
FIG. 11 shows dots in the main scanning direction and sub-scanning direction obtained at a plurality of dot positions that are hit at a fixed interval (in FIG. 11, dr1 = dr2 = dr3 = dr3) in the effective scanning width of the scanning optical unit 11. Based on the position measurement data, the amount of deviation from the ideal dot position, that is, the designed dot position, and the local magnification error based on the distance between two adjacent points, and scanning from the sub-scanning direction measurement data FIG. 3 is a schematic diagram for calculating a scanning line bending amount of the optical system. For example, from the measurement results at four locations in the measurement ranges A, B, C, and D, the displacement amounts dx0, dx1, dx2, and dx3 at the respective locations can be obtained, and the local pitch intervals dp1, dp2, and dp3 can be obtained. Can be obtained, and the scanning line bending amount dy can be obtained.
[0047]
As shown in the cross-sectional side view of FIG. 3, the measuring device hardware unit including the optical sensor 18, the light shielding unit 21, the fine moving stage 23, the coarse moving stage 22, and the position detecting unit 48 is used for a photosensitive drum unit in an actual image forming apparatus. You can insert it instead.
The present invention is not limited to the above embodiment. That is, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the shape of the lens (fθ lens) and the mirror in the scanning optical system is measured by measuring the dot position in the scanning area in the scanning direction formed by the scanning beam. It is possible to measure and evaluate the dot position deviation due to the accuracy, the defective mounting position, and the constant velocity error caused by the rotation accuracy (jitter) of the polygon mirror. In addition, by correcting the irradiation position of the scanning beam in the image forming apparatus using the measurement result, it is possible to form dots at appropriate positions.
[0049]
According to the second aspect of the present invention, a slit having a width (for example, several μm) sufficiently smaller than the main scanning beam diameter is provided as a light shielding unit of the optical sensor, and it is only necessary to move the slit. The detection system can be downsized.
[0050]
According to the third aspect of the present invention, it is possible to measure the dot position in the scanning direction at an arbitrary position in the effective scanning width of the scanning optical system.
[0051]
Further, according to the fourth aspect of the present invention, the distance from the reference position can be measured by the same position detecting means regardless of whether the position of the light shielding means is moved by the fine movement stage or the coarse movement stage. The measurement error can be reduced by grasping the error in advance. It is easy to increase the measurement resolution. Further, since only one detecting means is required, the apparatus can be downsized.
[0052]
According to the fifth aspect of the present invention, by synchronizing the LD drive signal with the detection timing of the output signal from the optical sensor, the output signal can be reliably obtained at the timing when the optical sensor is irradiated with the scanning beam. be able to.
[0053]
Further, according to the invention of claim 6, even when the light source of the laser beam is turned on a plurality of times during one scanning period, it is possible to acquire effective data when the light sensor receives light.
[0054]
According to the seventh aspect of the present invention, the light shielding means is finely moved at a high speed with respect to the scanning beam, and the position where the output signal from the optical sensor is maximized is searched, so that the dot position can be measured at a high speed. Further, after detecting the convergence signal generated by the convergence signal generation means, the dot position is calculated from the average value of the measurement values measured a plurality of times, so that the fluctuation component generated in a short time of the beam can be averaged, and the reliability is improved. A certain dot position can be measured.
[0055]
According to the eighth aspect of the present invention, the light emission control means can select a specific surface of the polygon mirror and emit light by counting the scanning synchronization signal from the scanning synchronization signal detection means. A displacement component due to surface accuracy of each surface can be separately evaluated during the evaluation.
[0056]
According to the ninth aspect of the present invention, a plurality of dots can be formed by repeating light emission corresponding to one dot at regular time intervals during one scanning period. In addition, by moving the coarse movement stage at a predetermined pitch, it is possible to measure a dot interval close to (for example, 60 μm to 1 mm).
[0057]
According to the tenth aspect of the present invention, at a plurality of dot positions hit at a constant interval in the effective scanning width of the scanning optical system, measurement of a shift amount from an ideal dot position at each position, and A local magnification error can be calculated from the distance between two adjacent points.
[0058]
According to the eleventh aspect of the present invention, the position of the dot position in two directions is measured by moving the light-shielding means in the main scanning direction using both orthogonal and oblique slits. Can be.
[0059]
According to the twelfth aspect of the present invention, the position measurement in the two directions of the dot positions is repeated in the effective scanning width direction, so that the local distance between the two adjacent dots in the scanning direction and the sub-scanning direction is reduced. It is possible to measure a magnification error and a scanning line bending amount.
[0060]
According to the thirteenth aspect of the present invention, the hardware portion of the measuring device is reduced in size, so that the drum insertion portion and the guide mechanism are made the same instead of the photosensitive drum unit which is replaced as a consumable in the image forming apparatus. Can be directly inserted into the image forming apparatus. That is, it is possible to measure the dot position formed by the scanning beam in an actual use state. Accordingly, it is possible to directly measure and evaluate a position shift caused by a defective mounting position of the scanning optical unit and a position shift caused by a device frame deformation due to an environmental change (change in temperature, humidity, etc.) at the photoconductor position. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic system configuration diagram of a scanning optical system dot position measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic front view of the dot position measuring device of the scanning optical system of FIG.
FIG. 3 is a schematic side sectional view of the dot position measuring device of the scanning optical system of FIG. 1;
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a timing chart of light emission timing in a light emission control unit provided in the dot position measuring device of the scanning optical system in FIG. 1;
FIG. 5 is a diagram showing the rise of an LD drive signal and the timing of an optical sensor output signal of the dot position measuring device of the scanning optical system of FIG. 1;
FIG. 6 is a view showing a dot position measurement flowchart of the scanning optical system dot position measuring apparatus of FIG. 1;
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of calculating dot positions in a calculation unit of the dot position measuring device of the scanning optical system in FIG. 1;
FIG. 8 is a diagram showing an example of a slit used as a light shielding unit of the dot position measuring device of the scanning optical system of FIG.
FIG. 9 is a diagram showing another example of another dot position measurement flowchart of the scanning optical system dot position measurement device of FIG. 1;
FIG. 10 is a view showing another slit used for a light shielding unit of the dot position measuring device of the scanning optical system of FIG. 1;
11 is a diagram showing a measurement example of a magnification error and a scanning line bending amount of the dot position measuring device of the scanning optical system of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
10 Measuring device
11 Scanning optical unit
12 LD (laser diode)
13 Synchronous PD (photodiode)
14 Polygon mirror
15 fθ lens
16 Sync signal
17 Emission control unit
18 Optical sensor
19 amplifier
20 High-speed A / D converter
21 Shading means
22 Coarse stage
23 Fine movement stage
24 Position detection head
25 Position detection scale
26 Guide for coarse movement stage
27 Motor for coarse movement stage
28 Overhang member
29 Guide for fine movement stage
30 Motor for fine movement stage
31 slits (perpendicular)
32 slits (diagonal)
40 Measurement unit CPU
41 Optical sensor signal detector
42 Data storage unit
43 Arithmetic unit
44 I / O
45 Mechanism control unit
46 Position follow-up control unit
47 Convergence signal
48 Position detector
49 Display
R Photoconductor image position

Claims

In a scanning optical system that forms a dot on a scanned surface by scanning a laser beam,
Light emission control means for controlling the light emission timing of the laser light source that emits the laser beam and performing pulse light emission at a predetermined light emission time and interval,
Scanning synchronization signal detection means for detecting a scanning synchronization signal as the scanning timing of the laser beam,
An optical sensor having an area larger than the spot area of the laser beam arranged on the beam scanning line,
Light sensor signal detection means for detecting an output signal of the light sensor;
Light shielding means arranged in front of the optical sensor to limit the incident light flux,
A fine movement stage for finely moving the light shielding means in the scanning direction;
Position detection means for detecting the position of the light shielding means,
Data storage means for storing each measurement data of the position of the light shielding means and the output signal from the optical sensor,
Calculating means for calculating a dot position based on the measurement data,
During the beam scanning, the laser beam is turned on for a time corresponding to one dot, the laser beam is repeatedly scanned through the light shielding means at the dot forming position, the light sensor is received by the light sensor, and the position of the light shielding means is finely moved to cross the laser beam. A dot position measuring device for a scanning optical system, which measures a position in the scanning direction of a dot formed on a surface to be scanned.

2. The scanning optical system according to claim 1, wherein the light shielding unit has a slit having a width smaller than a diameter in a scanning direction of the laser beam and longer than a diameter in a direction perpendicular to the scanning direction of the laser beam. Dot position measuring device.

A coarse movement stage which is arranged in parallel with the fine movement stage, and which carries the light sensor, the light shielding means and the fine movement stage, and roughly moves an effective scanning width of the scanning optical system in a scanning direction. The dot position measuring device for a scanning optical system according to claim 1.

2. The position detecting unit according to claim 1, wherein the position detecting unit comprises a position detecting head attached to the same member as the light shielding unit, and a position detecting scale having a detection width equal to or larger than an effective scanning width of the scanning optical system. Dot position measuring device for scanning optical system.

External trigger generating means for generating an external trigger signal synchronized with an LD drive signal for turning on the laser light source from the light emission control means, and using this as a detection timing, the optical sensor signal detecting means outputs an output signal from the optical sensor. The dot position measuring device for a scanning optical system according to claim 1, wherein

5. The apparatus according to claim 4, wherein said optical sensor signal detecting means includes a data specifying means for acquiring only a maximum value of an output signal during one scanning period.

A laser beam position tracking control means for finely moving the position of the light shielding means by the fine movement stage and searching the position of the light shielding means so that the output signal from the optical sensor acquired at each position is maximized; A convergence signal generating means for generating a convergence signal when the position of the light-shielding means converges within a certain convergence width; and the position detection means of the light-shielding means stores one or more times of position measurement data in the data storage means. The dot position measuring device for a scanning optical system according to claim 1, wherein the dot position is stored.

The scanning optical system has a polygon mirror, and the light emission control means emits only a laser beam scanned on a specific surface of the polygon mirror by counting a scanning synchronization signal from the scanning synchronization signal detection means. The dot position measuring device for a scanning optical system according to claim 1.

The light emission control means captures a scan synchronization signal by the scan synchronization signal detection means, and emits a laser beam in synchronization with this signal for a time corresponding to one dot, and repeats the light emission at a constant time interval during one scanning period. The dot position measuring device for a scanning optical system according to claim 1, further comprising a light emission mode capable of emitting light.

The light emission control means repeatedly emits a laser beam at a constant time interval during one scanning period to form a plurality of dots on the surface to be scanned, and the scanning speed of the scanning optical system and the light emission time interval using the coarse movement stage. And a data storage unit for storing dot position measurement data measured at each position within the effective scanning width of the scanning optical system. 4. A dot position measuring apparatus for a scanning optical system according to claim 3, further comprising a calculating means for calculating a local magnification error from a shift amount from the dot position and a distance between two adjacent points. .

The light shielding means has a slit disposed adjacent to the slit, the slit disposed adjacent has a width smaller than the diameter of the laser beam, has an arbitrary angle with respect to the scanning direction, The dot position measuring device for a scanning optical system according to claim 2, wherein the dot position measuring device is longer than the diameter.

The light emission control means repeatedly emits a laser beam at a constant time interval during one scanning period to form a plurality of dots on the surface to be scanned, and the scanning speed of the scanning optical system and the light emission time interval using the coarse movement stage. A data storage means for repeating the movement for the dot interval calculated from, and storing dot position measurement data measured at each position within the effective scanning width of the scanning optical system;
Calculating the scanning direction position of each dot and the vertical position perpendicular to the scanning direction based on the measurement data, and calculating the amount of deviation from the ideal dot position based on the calculation result of the scanning direction position, Calculating means for calculating a local magnification error based on a distance between two adjacent points and calculating a scanning line bending amount of the scanning optical system based on a calculation result of a vertical position. The dot position measuring device for a scanning optical system according to claim 3.

2. The scanning optical system according to claim 1, wherein a photoconductor drum unit provided in the image forming apparatus in which the scanning optical system is assembled is removed, and at least an optical sensor is provided in the dot position measuring device of the scanning optical system. Scanning characterized by inserting a measuring device hardware part comprising a light shielding means, a fine movement stage, a coarse movement stage and a position detection means and measuring a dot position in a scanning direction on a surface to be scanned in an actual use state. How to measure dot position of optical system.