JP2004299111A - 光ビーム検出装置およびそれを備えた印刷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換素子を小型化しながらも後段回路での信号処理を容易に行えるようにする。
【解決手段】光ビーム検出装置は、第１および第２フォトダイオードＰＤ３１，ＰＤ３２と、第１および第２フォトダイオードＰＤ３１，ＰＤ３２からの光電変換出力に基づき、光ビームが第１および第２フォトダイオードＰＤ３１，ＰＤ３２の受光面を通過したことを示す検出パルスを出力する比較器１３と、前記検出パルスのパルス幅を広げるパルスストレッチ回路３３とを備えている。これにより、第１および第２フォトダイオードＰＤ３１，ＰＤ３２を小型化してその受光面における光ビームの通過方向のサイズが小さくなった場合でも、後段回路での信号処理に支障を来たさない幅の出力パルスが得られる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ビームのスポットが所定位置を通過したタイミングを検知する同期検出回路であって、例えば光走査記録計の同期センサとして使用される光ビーム検出装置およびそれを備えた印刷装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザービームプリンタなどの印刷装置においては、光ビームスポットの通過するタイミングを検出するための手段としてフォトダイオードが用いられる。即ち、光ビームスポットの通過位置にフォトダイオードを配置し、その受光素子から出力される光電流の変化を検出することで印字開始タイミングを検出する。
【０００３】
この手法によれば、光ビームの強度自身が変化するとフォトダイオードから出力される光電流も変化し、所定のしきいレベルと比較したときにタイミングの誤差が生じる。
【０００４】
そこで、このような問題を解消するために、例えば特開平５−３２３２２０号公報に示すように、フォトダイオードとして受光面が２分割された素子を用い、光学的プッシュプルをとることによりタイミングを検出する技術が提案されている。これによれば、フォトダイオードから出力される光電流の波高が変化しても、検出タイミングは一定に保つことができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−３２３２２０号公報（公開日平成０５年１２月０７日）
【０００６】
【特許文献２】
特開平４−１３４８７３号公報（公開日平成０４年０５月０８日）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の光学的プッシュプル方式では、２個のフォトダイオードが必要となるので受光素子の占有面積が大きくなる。このため、装置の大型化とそれによるコストアップを招来する。
【０００８】
一方、フォトダイオードにおける光ビームの走査方向のサイズは、フォトダイオードによる検出出力のパルス幅（パルスの長さ）に影響する。したがって、単純にフォトダイオードを小型化した場合には、フォトダイオードによる検出出力パルス幅が狭くなり、後段回路での信号処理が難しくなる。これにより、フォトダイオードの寄生容量を低減して処理速度を高速化するため、およびコストを低減するためにフォトダイオードを小型化することは、容易に実現できないという問題点を有している。
【０００９】
したがって、本発明は、受光素子を小型化しながらも後段回路での信号処理を容易に行えるようにし、受光素子が小型化される結果、受光素子の寄生容量が低減して処理速度が高速化すること、およびコストが低減すること可能とする光ビーム検出装置およびそれを備えた印刷装置の提供を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ビーム検出装置は、上記課題を解決するために、光電変換素子と、前記光電変換素子からの光電変換出力に基づき、光ビームが光電変換素子の受光面を通過したことを示す検出パルスを出力する検出パルス出力手段と、前記検出パルスのパルス幅を広げるパルスストレッチ手段とを備えていることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の光ビーム検出装置は、光ビームの走査方向に沿って受光面が隣り合うように配置された第１の光電変換素子および第２の光電変換素子と、これら両光電変換素子からの光電変換出力を比較して、光ビームが第１の光電変換素子から第２の光電変換素子へ通過したことを示す検出パルスを出力する検出パルス出力手段と、前記検出パルスのパルス幅を広げるパルスストレッチ手段とを備えていることを特徴としている。
【００１２】
上記の構成によれば、検出パルス出力手段から出力された検出パルスのパルス幅をパルスストレッチ手段により広げることができる。これにより、光電変換素子を小型化してその受光面における光ビームの通過方向のサイズが小さくなった場合であっても、光ビーム検出装置からは、小型化された光電変換素子のサイズに拘束されることなく、後段回路での信号処理に支障を来たさないパルス幅の出力パルスを得ることができる。
【００１３】
したがって、光電変換素子を小型化しながらも後段回路での信号処理を容易に行うことができ、光電変換素子が小型化される結果、光電変換素子の寄生容量が低減して処理速度が高速化する、あるいはコストが低減するといったことが可能となる。
【００１４】
上記の光ビーム検出装置において、前記検出パルス出力手段は、光ビームが第１の光電変換素子の受光面から第２の光電変換素子の受光面へ移動するタイミングを始端とする検出パルスを出力し、前記パルスストレッチ手段は、前記検出パルスのパルス幅を前記始端から任意の幅まで広げる構成としてもよい。
【００１５】
パルスストレッチ手段において、検出パルスは、光ビームが第１の光電変換素子の受光面から第２の光電変換素子の受光面へ移動するタイミングを始端として任意の幅まで広げられるので、光ビーム検出装置を備えた装置において、拡張された検出パルスに基づいて適切な制御が可能となる。
【００１６】
上記の光ビーム検出装置において、前記パルスストレッチ手段は、検出パルスを遅延させる遅延回路と、検出パルスと前記遅延回路から出力されたパルスとを足し合わせて出力する演算回路とを備えている構成としてもよい。
【００１７】
上記の構成によれば、パルスストレッチ手段を遅延回路と演算回路という簡単な手段により構成することができる。
【００１８】
上記の光ビーム検出装置において、前記遅延回路は複数段設けられ、前記演算回路は各遅延回路の出力を足し合わせて出力する構成としてもよい。
【００１９】
上記の構成によれば、光ビーム検出装置の出力パルスの幅を広範囲に調整することが容易となり、所望のパルス幅を容易に得ることができる。
【００２０】
上記の光ビーム検出装置において、前記検出パルス出力手段は、第１および第２の光電変換素子からの光電変換出力を入力する第１および第２の入力端子を有する比較器を備え、前記パルスストレッチ手段は、前記第１または第２の入力端子への入力信号のレベルを所定の期間、任意のレベルに保持する（例えば入力信号が示す、光ビームを検出したことを示すレベルを所定の期間保持する）クランプ回路を備えている構成としてもよい。
【００２１】
上記の構成によれば、パルスストレッチ手段を比較器の第１または第２の入力端子への入力信号のレベルを所定の期間、任意のレベルに保持するクランプ回路を備えた簡単な構成とすることができる。
【００２２】
上記の光ビーム検出装置において、前記クランプ回路は、クランプする電圧を供給するバイアス手段と、このバイアス手段にベースが接続され、エミッタが前記比較器における第１または第２の入力端子に接続された第１のトランジスタと、一端が第１のトランジスタのベースに接続され、他端が前記比較器の出力端子に接続されたコンデンサと、このコンデンサにおける前記ベース側の端子よりコンデンサの電荷を放電させる放電素子とを備えている構成としてもよい。
【００２３】
上記の構成によれば、バイアス手段が供給するクランプする電圧、コンデンサの容量、あるいは放電素子によるコンデンサからの放電電流を制御することにより、検出パルスのパルス幅を自由に選択できることが可能となる。
【００２４】
上記の光ビーム検出装置において、前記パルスストレッチ手段は、前記検出パルスのパルス幅を調整可能なパルス幅調整手段を備えている構成としてもよい。
【００２５】
上記の構成によれば、パルス幅調整手段により検出パルスのパルス幅を任意の幅に調整可能となる。
【００２６】
上記の光ビーム検出装置において、前記バイアス手段は、クランプする電圧を調整する可変抵抗を備え、この可変抵抗が前記検出パルスのパルス幅を調整可能なパルス幅調整手段としても機能する構成としてもよい。
【００２７】
上記の構成によれば、可変抵抗という簡単な手段により検出パルスのパルス幅を調整可能となる。
【００２８】
上記の光ビーム検出装置において、前記放電手段は、前記コンデンサを放電させ、かつその放電量を調整可能な定電流手段、例えば定電流源を備え、この定電流手段が前記検出パルスのパルス幅を調整可能なパルス幅調整手段としても機能する構成としてもよい。
【００２９】
上記の構成によれば、定電流手段によりコンデンサからの放電量を調整することにより、検出パルスのパルス幅を容易に調整可能となる。
【００３０】
上記の光ビーム検出装置において、前記バイアス手段は、クランプする電圧を第１のトランジスタのベースに供給する第２のトランジスタを備えている構成としてもよい。
【００３１】
上記の構成によれば、第１のトランジスタのベースに与えられるクランプする電位が所定のレベルよりも低くなった場合には、第２のトランジスタを介してコンデンサに充電されることにより、上記電位が瞬時に定常状態に復帰する。これにより、クランプする電位が定常電位に復帰する前に光ビームの検出が行われて、不適切な検出パルスが出力される事態を防止することができる。
【００３２】
上記の光ビーム検出装置は、前記バイアス手段が供給するクランプする電圧の温度補償を行う温度補償手段を備えている構成としてもよい。
【００３３】
上記の構成によれば、バイアス手段が供給するクランプする電圧が温度補償手段により温度補償されるので、温度依存を無くし、安定したパルス幅の検出パルスを得ることができる。
【００３４】
本発明の印刷装置は、上記の何れかの光ビーム検出装置を備えている構成である。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて以下に説明する。
図４に一般的な光ビーム検知装置１の構成を示す。同図に示されるように、光ビーム検知装置１では、第１フォトダイオードＰＤ１と第１増幅器１１とが直列に接続され、第２フォトダイオードＰＤ２と第２増幅器１２とが直列に接続され、第１増幅器１１の出力端子は、バイアスＥを介して比較器（検出パルス出力手段）１３の第１入力端子と接続され、第２増幅器１２の出力端子は、比較器１３の第２入力端子と接続されている。第１フォトダイオードＰＤ１および第２フォトダイオードＰＤ２とのカソードにはＶｃｃが接続されている。さらにＰＤ１、ＰＤ２は各々Ｃ１１、Ｃ１２の寄生容量を形成している。
【００３６】
なお、第１増幅器１１および第２増幅器１２は、出力を反転する増幅器に限定されず、出力を反転しない増幅器であってもよい。
【００３７】
上記の光ビーム検知装置１において、第１フォトダイオードＰＤ１の出力は、第１の増幅器１１に入力されて電流・電圧変換され、増幅され反転された後、比較器１３に入力される。同様に、第２フォトダイオードＰＤ２の出力は、第２増幅器１２に入力されて電流・電圧変換され、増幅され反転された後、比較器１３に入力される。比較器１３は、両入力の比較結果をパルス信号としてＯＵＴ端子から後段回路に与える。
【００３８】
図５（ａ）には光ビーム検知装置１に用いられる第１および第２フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の平面図を示し、同図（ｂ）には第１および第２フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の光電流出力波形（Ｉ２１，Ｉ２２）、並びに第１および第２増幅器１１，１２の出力電圧波形（Ｖ２１，Ｖ２２）を示し、同図（ｃ）には光ビーム検知装置１の出力パルスを示す。なお、図５（ａ）では、第１および第２フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２が従来のサイズの場合を示しており、それら第１および第２フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２を第１および第２フォトダイオードＰＤ２１，ＰＤ２２として示している。したがって、同図（ｂ）および（ｃ）はそれらに対応したものである。図５（ａ）に示すように、第１および第２フォトダイオードＰＤ２１，ＰＤ２２は、光ビームスポットが通過する方向である矢印２１の方向に並べて配置されている。
【００３９】
図６（ａ）には、第１および第２フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２における矢印２１方向の幅が、従来の図５（ａ）に示した第１および第２フォトダイオードＰＤ２１，ＰＤ２２よりも狭くなっている本実施の形態の場合を第１および第２フォトダイオード（光電変換素子）ＰＤ３１，ＰＤ３２として示す。同図（ｂ）には第１および第２フォトダイオードＰＤ３１，ＰＤ３２の光電流出力波形（Ｉ３１，Ｉ３２）、並びに第１および第２増幅器１１，１２の出力電圧波形（Ｖ３１，Ｖ３２）を示し、同図（ｃ）には光ビーム検知装置１の出力パルス（Ｖｃｏｍｐ３１）を示す。同図（ｄ）は、同図（ｃ）に示した出力パルスを、後述のパルスストレッチ回路にて、例えば図５（ｃ）の幅まで広げた場合（Ｖｏｕｔ３１）を示している。
【００４０】
まず、フォトダイオードサイズが図５（ａ）に示した従来のサイズの場合について説明する。図５（ａ）の第１フォトダイオードＰＤ２１上、第２フォトダイオードＰＤ２２上を、光ビームスポットが矢印２１の方向に通過すると、その光電流波形において、同図（ｂ）に示すように、第１フォトダイオードＰＤ２１の出力波形はＩ２１となり、第２フォトダイオードＰＤ２２の出力波形はＩ２２となる。Ｉ２１、Ｉ２２は第１および第２増幅器１１，１２にて電流・電圧変換されＶ２１、Ｖ２２となる。これらＶ２１、Ｖ２２は比較器１３に与えられ、ＯＵＴ端子には、Ｖ２１とＶ２２のクロス点Ｘ２１で立ち下がる同図（ｃ）の出力パルスＶｏｕｔ２１が出力される。
【００４１】
このとき、Ｖｏｕｔ２１のパルス幅Ｔｐｌｓ１は、光ビームスポットの走査スピードＴｓｃｎ１とフォトダイオードサイズＬ２１を用いて、
Ｔｐｌｓ１＝Ｌ２１÷Ｔｓｃｎ１
と表される。ここでＸ２１の時間位置は光ビーム強度の変動によって影響されない。
【００４２】
次に、フォトダイオードサイズが矢印２１方向において縮小された図６（ａ）に示したサイズの場合について説明する。図６（ａ）の第１フォトダイオードＰＤ３１上、第２フォトダイオードＰＤ３２上を光ビームスポットが同じく矢印２１の方向に通過すると、その光電流波形において、同図（ｂ）に示すように、第１フォトダイオードＰＤ３１の出力波形はＩ３１となり、第２フォトダイオードＰＤ３２の出力波形Ｉ３２となる。Ｉ３１、Ｉ３２は第１および第２増幅器１１，１２にて電流・電圧変換されＶ３１、Ｖ３２となる。これらＶ３１、Ｖ３２は比較器１３に与えられ、比較器１３の出力端子には、Ｖ３１とＶ３２のクロス点Ｘ３１で立ち下がる同図（ｃ）の出力パルスＶｃｏｍｐ３１が出力される。
【００４３】
このとき、Ｖｃｏｍｐ３１のパルス幅Ｔｐｌｓ２は、光ビームスポットの走査スピードＴｓｃｎ１とフォトダイオードサイズＬ３１を用いて、
Ｔｐｌｓ２＝Ｌ３１÷Ｔｓｃｎ１
と表される。
【００４４】
即ち、パルス幅Ｔｐｌｓ２は、パルス幅Ｔｐｌｓ１に対して、フォトダイオードサイズＬ３１が従来のフォトダイオードサイズＬ２１から矢印２１方向において縮小されたサイズ分に応じて狭くなる。このような幅の狭い出力パルスによっては光ビーム検知装置１の後段での信号処理が困難となる。また、走査スピードが高速化されると、さらにパルス幅が狭くなり、後段での信号処理がさらに困難になる。
【００４５】
そこで、本実施の形態においては、パルスストレッチ回路により、Ｘ３１点から立ち下がる出力パルスＶｃｏｍｐ３１について、図６（ｄ）に示すように、立ち上がる時間のみを遅らせ、出力パルスＶｏｕｔ３１として出力する。これにより、後段での信号処理を容易にする。ここで、出力パルスＶｏｕｔ３１は、図６（ｂ）に示すクロス点Ｘ３１から立ち下がるため、光ビームの強度の変動により影響されない。
【００４６】
上記のような構成により、光ビーム検知装置からは、フォトダイオードＰＤサイズを縮小して高速化を行った場合であっても、光ビーム強度の変動に影響されず、後段の信号処理を容易とする十分なパルス幅の出力パルスを得ることができる。
【００４７】
次に、上記のパルスストレッチ回路を備えた光ビーム検知装置２について詳細に説明する。
【００４８】
図１に示すように、光ビーム検知装置２は、図４に示した光ビーム検知装置１に加えてパルスストレッチ回路（パルスストレッチ手段）３３を備えている。このパルスストレッチ回路３３は遅延回路３４と演算回路３５とを備えている。
【００４９】
遅延回路３４は、従来周知の構成であり、例えば図２に示すように、抵抗Ｒ３１、トランジスタＴｒ３１，３２、定電流源（定電流手段）３６および増幅器３７を備えている。
【００５０】
図３（ａ）には比較器１３の出力波形を示し、図３（ｂ）には遅延回路３４の出力波形を示し、図３（ｃ）には光ビーム検知装置２のＯＵＴ端子への出力波形を示す。
【００５１】
上記の構成において、比較器１３の出力信号はパルスストレッチ回路３３の遅延回路３３に与えられる。比較器１３の出力信号（遅延回路３３の入力信号）が立ち下がると、入力信号はトランジスタＴｒ３１により電圧・電流変換され、トランジスタＴｒ３２により急峻にコンデンサＣ３１に充電され、端子Ｎ３１の電位が瞬時にＨｉｇｈとなる。
【００５２】
次に、比較器１３の出力信号が立ち上がると、トランジスタＴｒ３２がオフし、定電流源３６を通じてコンデンサＣ３１から放電が行われる。このとき、遅延回路３４の出力がＨｉｇｈからＬｏｗに到達するまでの時間Ｔｐｌｈ３１は、端子Ｎ３１のレベルが、ＨｉｇｈからＬｏｗに切り替わるスレッシュレベルに達する時間である。Ｔｐｌｈ３１は遅延回路の遅延時間であり、ここでスレッシュレベルをＶｄ３１、コンデンサＣ３１の容量をＣ３１、定電流源３６の電流値をＩｃ３１とすると、遅延時間Ｔｐｌｈ３１は
Ｔｐｌｈ３１＝Ｖｄ３１×Ｃ３１÷Ｉｃ３１
となる。これにより、図３（ｃ）に示すように、出力パルスの立ち上がり時間がＴｐｌｈ３１だけ遅れた出力パルスが得られる。
【００５３】
ただし、遅延回路３４の出力の立ち下がりはコンデンサＣ３１に充電するわずかな時間遅れることになる。しかしながら、図１に示すように演算回路３５にＮＯＲ回路を用いることにより、パルスストレッチ回路３３のＯＵＴ端子での出力の立ち下がりは比較器１３の出力のタイミングとなり、立ち上がりは遅延回路３４の出力の立ち下がりのタイミングとなる。したがって、パルスストレッチ回路３３のＯＵＴ端子出力としては、遅延回路３４の立ち下がりタイミングの遅れに関係の無い、図３（ｃ）に示すようなパルスストレッチされた出力パルスが得られる。
【００５４】
本発明の利点は、上記の遅延回路３４を集積回路にて構成した場合にも、それによる面積の増加分をフォトダイオードのサイズの縮小により余裕をもって補い、光ビーム検知装置全体としての面積を従来のものと比較して十分に小さくできることである。このように、本発明においては、光ビーム検知装置のサイズを装置全体として従来のものよりも縮小できるので、コストの低減を図ることができる。
【００５５】
図７には複数段の遅延回路４２，４３を有するパルスストレッチ回路（パルスストレッチ手段）４１を備えた光ビーム検知装置３のブロック図を示す。遅延回路４２，４３は、例えば前記遅延回路３４と同様の回路からなり、同様の機能を有している。比較器１３の出力および各段の遅延回路４２，４３の出力はそれぞれ演算回路４４に入力され、この演算回路４４から比較器１３の出力パルスに対してパルス幅が調整されら出力パルスが得られる。
【００５６】
上記のように、パルスストレッチ回路４１において、複数段の遅延回路４２，４３を設けることにより、出力のパルス幅を複数段にて調整することができる。これにより、ＯＵＴ端子に得られる出力パルスの幅を広範囲に調整することが容易となり、所望のパルス幅を容易に得ることができる。
【００５７】
なお、図７の例において、遅延回路４２，４３は、カスコードに接続されているものの、これに限定されない。例えば、各遅延回路４２，４３の入力を比較器１３の出力から与え、図２に示したコンデンサＣ３１の容量値あるいは定電流源３６の定電流値を変更して、遅延時間を選択するようにしてもよい。
【００５８】
図８にはパルスストレッチ回路としてクランプ回路（パルスストレッチ手段）５１を備えた光ビーム検知装置３のブロック図を示す。クランプ回路５１は、第１フォトダイオードＰＤ３１または第２フォトダイオードＰＤ３２の出力に基づく、比較器１３の第１入力端子または第２入力端子への入力信号を入力とし、出力をＯＵＴ端子に与えている。なお、同図の例では、クランプ回路５１は、第１フォトダイオードＰＤ３１の出力に基づく、比較器１３の第１入力端子への入力信号を入力としている。なお、Ｖｉｎ５１は比較器１３の第１入力端子への入力電位を示し、Ｖｉｎ５２は第２入力端子への入力電位を示している。
【００５９】
上記の構成において、クランプ回路５１は、図９（ａ）に示すように、比較器１３の第１入力端子への入力Ｖｉｎ５１を、出力が立ち下がる時点Ｘ５１から一定時間Ｔｐｌｓ５１だけ強制的にＨｉｇｈ電位にクランプする。これにより、比較器１３の出力パルス幅は、図９（ｂ）に示すように、上記の一定時間Ｔｐｌｓ５１となる。このような動作により、光ビーム検知装置４では、第１および第２フォトダイオードＰＤ３１，ＰＤ３２における光ビームスポットの通過方向の幅（通過検出時間）に拘束されることなく、後段の信号処理に必要なパルス幅の出力パルスを得ることができる。
【００６０】
光ビーム検知装置４の構成では、クランプ回路５１においてクランプするレベルを調整し、各ノードのバイアスレベルを調整する必要があり、設定が複雑になるものの、遅延回路を付加する光ビーム検知装置２，３の構成と比較して、追加素子が少なくなる。この結果、さらに回路全体の縮小が可能となり、装置の小型化を促進することができる。
【００６１】
図１０には上記クランプ回路５１の具体例を示す。また、図１１（ａ）には、図１０に示した光ビーム検知装置４ａにおける比較器１３の入力波形を示し、同図（ｂ）には、ＯＵＴ端子に得られる光ビーム検知装置４ａの出力波形を示す。
【００６２】
クランプ回路５１は、図１０に示すように、トランジスタ（第１のトランジスタ）Ｔｒ５１、バイアス素子（バイアス手段）５２、放電素子（放電手段）５３およびコンデンサＣ５１を備えている。トランジスタＴｒ５１は、バイアス素子５２にベースが接続され、エミッタが比較器１３の第１の入力端子に接続されている。コンデンサＣ５１は、一端がトランジスタＴｒ５１のベースに接続され、他端が比較器１３の出力端子に接続されている。放電素子５３は、コンデンサＣ５１におけるベース側の端子よりコンデンサＣ５１の電荷を放電させる。
【００６３】
このクランプ回路５１において、第１および第２フォトダイオードＰＤ３１，ＰＤ３２に光ビームが入射されないときには、バイアス素子５２により、端子Ｎ５１をトランジスタＴｒ５１が動作しない電位にバイアスしている。
【００６４】
また、クランプ回路５１において、第２フォトダイオードＰＤ３２に光ビームが入射されるとき、即ち比較器１３の出力が立ち上がるときには、コンデンサＣ５１が瞬時に充電され、端子Ｎ５１がＨｉｇｈ電位となりトランジスタＴｒ５１が動作する。これにより、比較器１３の入力Ｖｉｎ５１は電位（Ｖｃｌｐ５１―Ｖｂｅ５１）にクランプされる。ここで、Ｖｂｅ５１はトランジスタＴｒ５１のベース−エミッタ間電圧である。
【００６５】
次に、端子Ｎ５１がＨｉｇｈのときには、図１１（ａ）に示すように、コンデンサＣ５１においてバイアス素子５２からは充電されずに放電素子５３から電荷を放電する。コンデンサＣ５１からの放電は、ゆっくり行われ、端子Ｎ５１の電位が徐々に下がり、Ｖｉｎ５１がＶｉｎ５２よりも低くなるまで行われる。なお、Ｖｉｎ５１は、迷光による誤動作を防ぐため、通常Ｖｉｎ５２よりも低い電位に設定される。
【００６６】
Ｖｉｎ５１がＶｉｎ５２よりも低くなると比較器１３の出力が立ち下がり、ＯＵＴ端子には、図１１（ｂ）に示すように、パルス幅Ｔｐｌｓ５１の出力パルスが得られる。このパルス幅Ｔｐｌｓ５１は、図１１（ａ）に示すように、コンデンサＣ５１の放電開始からＶｉｎ５１がＶｉｎ５２よりも低くなるまでの時間に相当する。
【００６７】
上記パルス幅Ｔｐｌｓ５１は、クランプ電圧Ｖｃｌｐ５１、無光時のＶｉｎ５２をＶｉｎ５２ｏｆｆ、コンデンサＣ５１の容量をＣ５１、コンデンサＣ５１からの放電電流をＩｃ５１とすると
Ｔｐｌｓ５１＝（Ｖｃｌｐ５１−Ｖｂｅ５１−Ｖｉｎ５２ｏｆｆ）×Ｃ５１÷Ｉｃ５１
で表される。
【００６８】
上記のようにして、光ビーム検知装置４ａのＯＵＴ端子からは、第１および第２フォトダイオードＰＤ３１，ＰＤ３２における光ビームスポットの通過方向の幅（通過検出時間）に拘束されることなく、図１１（ｂ）に示すように、パルス幅がＴｐｌｓ５１となる出力パルスが得られる。この光ビーム検知装置４ａにおいては、上記のクランプレベル（クランプ電圧Ｖｃｌｐ５１）、コンデンサＣ５１の容量あるいはコンデンサＣ５１からの放電電流Ｉｃ５１を制御することにより、出力パルス幅を自由に選択できることが可能となる。
【００６９】
図１２には図１０に示したクランプ回路５１におけるバイアス素子５２の具体例を示す。同図に示す光ビーム検知装置４ｂにおいて、バイアス素子５２は可変抵抗（パルス幅調整手段）ＶＲ５１を用いており、この可変抵抗ＶＲ５１には基準電源から基準電圧Ｖｒｅｆ５１が供給されている。
【００７０】
光ビーム検知装置４ｂでは、クランプ回路５１のバイアス素子５２に可変抵抗ＶＲ５１を用いることで簡単にバイアスし、クランプ電位Ｖｃｌｐ５１を設定し、出力パルスのパルス幅を調整することができる。ここでクランプ電位Ｖｃｌｐ５１は比較器１３出力の振幅Ｖｃｏｍｐ５１、可変抵抗ＶＲ５１の抵抗値Ｒ５１、可変抵抗Ｒ５１の他端に供給されるバイアスレベルＶｒｆ５１、放電素子５３からの放電電流Ｉｃ５１を用いて、
Ｖｃｌｐ５１＝Ｖｒｅｆ５１−Ｒ５１×Ｉｃ５１＋Ｖｃｏｍｐ５１
で表される。
【００７１】
上記のように、光ビーム検知装置４ｂでは、可変抵抗ＶＲ５１の抵抗値を変化さてクランプ回路５１におけるクランプ電位Ｖｃｌｐ５１を調整している。したがって、光ビーム検知装置４ｂのＯＵＴ端子に得られる出力パルスのパルス幅を簡単な構成にて容易に調整することができる。
【００７２】
図１３には図１０に示したクランプ回路５１における放電素子５３の具体例を示す。同図に示す光ビーム検知装置４において、放電素子５３は定電流源（パルス幅調整手段）Ｉｃ８１を用いている。この光ビーム検知装置４ｃでは、定電流源Ｉｃ８１において定電流値を可変とし、コンデンサＣ５１からの放電電流の定電流値を切り替えて、図１１（ａ）に示したパルス幅Ｔｐｌｓ５１、即ちコンデンサＣ５１の放電開始からＶｉｎ５１がＶｉｎ５２よりも低くなるまでの時間を調整することにより、光ビーム検知装置４ｃにおける出力パルスのパルス幅を容易に調整可能となっている。
【００７３】
図１４には図１０に示したクランプ回路５１にけるバイアス素子の他の具体例となる回路図を示す。また、図１５（ａ）には比較器１３の第１入力端子への入力Ｖｉｎ５１および第２入力端子への入力Ｖｉｎ５２の波形図を示し、図１５（ｂ）には端子Ｎ５１における信号波形図を示し、図１５（ｃ）には光ビーム検知装置４ｄのＯＵＴ端子における出力信号の波形図を示す。
【００７４】
図１４に示す光ビーム検知装置４ｄにおいて、クランプ回路５１におけるバイアス素子（バイアス手段）９１はトランジスタ（第２のトランジスタ）Ｔｒ９１を用いており、このトランジスタＴｒ９１のベースには基準電圧Ｖｒｅｆ９１が供給されている。トランジスタＴｒ９１は、エミッタが端子Ｎ５１に接続され、ベースに基準電圧Ｖｒｅｆ９１が供給されている。
【００７５】
この光ビーム検知装置４ｄでは、図１２に示した光ビーム検知装置４ｂと比較して次の利点を有している。
【００７６】
即ち、光ビーム検知装置４ｂのように、バイアス素子５２に抵抗（可変抵抗ＶＲ５１）を用いた場合には、比較器１３の出力が立ち下がったときに、コンデンサＣ５１の作用により端子Ｎ５１の電位が通常のバイアスレベルより下がる。このため、端子Ｎ５１では、バイアス用の可変抵抗ＶＲ５１の両端にかかる電圧Ｖｒ５１、可変抵抗ＶＲ５１の抵抗値Ｒ５１および放電電流Ｉｃ５１から、
Ｉｃｈｇ ＝ Ｖｒ５１÷Ｒ５１−Ｉｃ５１
と表される電流によりコンデンサＣ５１が充電されるので、定常状態に復帰するまでに長時間を要する。
【００７７】
したがって、光ビームを検出する周期が定常状態（端子Ｎ５１の電位が通常のバイアスレベルとなる状態）への復帰時間より短い場合、第１および第２フォトダイオードＰＤ３１，ＰＤ３２に対する複数の光ビームの通過するタイミングが上記定常状態への復帰途中に重なると、端子Ｎ５１の電位は通常のバイアスレベルより低くなっているため、コンデンサＣ５１により持ち上げられる電圧Ｖｃｐｌ５１が２番目の検出時は１番目の検出時よりも低くなる。そして、Ｖｃｌｐ５１が低くなることによりパルスストレッチ幅が狭くなる結果、１番目の光ビームと２番目の光ビームとでは、同条件件による検出が行われず、正規の検出位置（正規の検出時点）に対して検出位置（検出時点）がずれてしまうことになる。
【００７８】
この現象を改善するために、光ビーム検知装置４ｄでは、バイアス素子５２として抵抗の代わりにトランジスタＴｒ９１を設けている。これにより、端子Ｎ５１の電位は、通常のバイアスレベルより低くなった場合に、瞬時にトランジスタＴｒ９１からコンデンサＣ９１に電流が供給され、定常状態に復帰する。このことより、検出周期が短くなってもパルス幅の変動しない安定した検出出力が得られる。
【００７９】
図１６にはクランプ回路５１のクランプする電圧を温度補償回路（温度補償手段）１０１にて温度補償する光ビーム検知装置４ｅのブロック図を示す。この光ビーム検知装置４ｅにおける出力のパルス幅Ｔｐｌｓ５１は図１０に示した光ビーム検知装置４ａの場合と同様、
Ｔｐｌｓ５１＝（Ｖｃｌｐ５１−Ｖｂｅ５１−Ｖｉｎ５２ｏｆｆ）×Ｃ５１÷Ｉｃ５１
で表され、クランプ回路５１のバイアス電圧Ｖｃｌｐ５１とＴｒ５１のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅ５１、比較器１３の第２入力端子における入力Ｖｉｎ５２の無光時のバイアス電圧Ｖｉｎ５２ｏｆｆに依存する。このとき、それぞれの電圧の温度依存性が異なっている場合、温度変化によりパルス幅Ｔｐｌｓ５１が変動する。ここで、Ｖｂｅ５１は一般的に−２ｍＶ／℃であり、Ｖｉｎ５２ｏｆｆとＶｂｅ５１の温度依存に対しＶｃｌｐ５１を温度補償することで、温度依存を無くし、安定したパルス幅の出力が得られる。
【００８０】
図１７にクランプ回路５１がクランプする電圧を温度補償する回路の具体例を示す。同回路は、バイアス素子５２と温度補償回路１０１とを組み合わせた温度補償バイアス回路（バイアス手段、温度補償手段）１１１となっている。同図の構成では、前段の第１および第２増幅器１１，１２の出力の負荷に抵抗が接続されて、エミッタフォロワを介して出力される場合を示している。
【００８１】
抵抗負荷により出力される電圧は通常温度特性がほぼ“０”となるため、アンプ出力の電圧の温度特性は、エミッタフォロワでのＶｂｅ１１１の温度特性を持つ。さらにレベルシフト（バイアスＥ）の電圧シフト量Ｖｓｈｉｆｔ１１１も温度特性が無い。よって、クランプ回路５１がクランプするレベルを温度によって変動させないためには、クランプトランジスタＴｒ５１のベース電位の温度特性を“０”にする必要がある。
【００８２】
ここで、温度補償バイアス回路１１１では、電源電圧から抵抗の比で決まる電圧を用意し、エミッタフォロワを介してバイアス素子Ｔｒ９１のベースに接続する。これにより、クランプトランジスタＴｒ５１のベース電位の温度特性は“０”となり、温度に依存しないクランプ回路を構成することができる。
【００８３】
以上の各光ビーム検知装置は、第１および第２フォトダイオードＰＤ３１，ＰＤ３２における光ビーム通過方向の幅を狭くし、かつパルスストレッチ回路３３を備えた構成であるから、小型化と同時に高速化が可能であり、このような何れかの光ビーム検知装置をレーザービームプリンタなどの印刷装置に備えることにより、その印刷装置は小型化および高速化を実現可能である。
【００８４】
上記のように、本発明の光ビーム検出装置は、光ビームの走査方向に沿って受光面が隣接して配置される第１の光電変換素子と第２の光電変換素子を有し、第１、第２の光電変換素子から光ビームの強度に応じた光電流出力を比較することにより光ビームのスポットが第１の光電変換素子から第２の光電変換素子へ通過したことを検知し、タイミングパルスを出力する光ビーム検出装置において、検出信号パルスの検知タイミングから任意の時間まで出力のパルス幅を広げるパルスストレッチ回路を設けたことを特徴としている。
【００８５】
本発明によれば、光ビームのスポットが通過する受光素子のサイズを小さくしたことにより装置全体を縮小することができ、同時に受光素子を小さくしたことで寄生容量を低減し高速応答を得ながら光ビームスポットの通過タイミングを検出できる。また、受光素子を縮小し光ビームのスポットが受光素子を通過する時間が短くなっても、パルスストレッチ回路により、光ビームのスポットが第１の受光素子から第２の受光素子へ通過したタイミングより任意の時間まで検出パルスを広げることで後段での信号処理するに十分な出力パルスを得ることができる。
【００８６】
【発明の効果】
本発明の光ビーム検出装置は、上記課題を解決するために、光電変換素子と、前記光電変換素子からの光電変換出力に基づき、光ビームが光電変換素子の受光面を通過したことを示す検出パルスを出力する検出パルス出力手段と、前記検出パルスのパルス幅を広げるパルスストレッチ手段とを備えている構成である。
【００８７】
また、本発明の光ビーム検出装置は、光ビームの走査方向に沿って受光面が隣り合うように配置された第１の光電変換素子および第２の光電変換素子と、これら両光電変換素子からの光電変換出力を比較して、光ビームが第１の光電変換素子から第２の光電変換素子へ通過したことを示す検出パルスを出力する検出パルス出力手段と、前記検出パルスのパルス幅を広げるパルスストレッチ手段とを備えている構成である。
【００８８】
上記の構成によれば、検出パルス出力手段から出力された検出パルスのパルス幅をパルスストレッチ手段により広げることができる。これにより、光電変換素子を小型化してその受光面における光ビームの通過方向のサイズが小さくなった場合であっても、光ビーム検出装置からは、小型化された光電変換素子のサイズに拘束されることなく、後段回路での信号処理に支障を来たさないパルス幅の出力パルスを得ることができる。
【００８９】
したがって、光電変換素子を小型化しながらも後段回路での信号処理を容易に行うことができ、光電変換素子が小型化される結果、光電変換素子の寄生容量が低減して処理速度が高速化する、あるいはコストが低減するといったことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示すものであって、パルスストレッチ回路として遅延回路を備えた光ビーム検知装置を示す回路図である。
【図２】図１に示した遅延回路の回路図である。
【図３】図３（ａ）は図１に示した遅延回路の入力信号の波形図、図３（ｂ）は図１に示した比較器の出力信号および遅延回路の出力信号の波形図、図３（ｃ）は図１に示した演算回路の出力信号の波形図である。
【図４】一般的な光ビーム検知装置を示す回路図である。
【図５】図５（ａ）は一般的なフォトダイオードを示す平面図、図５（ｂ）は図４に示した第１および第２フォトダイオードの光電流出力、並びに第１および第２増幅器の出力電圧を示す波形図、図５（ｃ）は図４に示した光ビーム検知装置の出力パルスを示す波形図である。
【図６】図６（ａ）は、本発明の実施の一形態を示すものであって、図５（ａ）に示したものよりも光ビーム通過方法の幅を狭くした第１および第２フォトダイオードを示す平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）の構成を適用した場合の、図４に示した第１および第２フォトダイオードの光電流出力、並びに第１および第２増幅器の出力電圧を示す波形図、図６（ｃ）は、図６（ａ）の構成を適用した場合の、図４に示した光ビーム検知装置の出力パルスを示す波形図、図６（ｄ）は、同図（ｃ）に示した出力パルスを、パルスストレッチ回路にて広げた場合を示す波形図である。
【図７】本発明の実施の他の形態における光ビーム検知装置を示す回路図である。
【図８】本発明の実施のさらに他の形態を示すものであって、パルスストレッチ回路としてクランプ回路を備えた光ビーム検知装置を示す回路図である。
【図９】図９（ａ）は図８に示した比較器の第１入力端子および第２入力端子への入力信号を示す波形図、図９（ｂ）は図８に示した光ビーム検知装置の出力信号を示す波形図である。
【図１０】本発明の実施のさらに他の形態を示すものであって、パルスストレッチ回路としてのクランプ回路にバイアス素子と放電素子とを備えた光ビーム検知装置を示す回路図である。
【図１１】図１１（ａ）は図１０に示した比較器の第１入力端子および第２入力端子への入力信号を示す波形図、図１１（ｂ）は図１０に示した光ビーム検知装置の出力信号を示す波形図である。
【図１２】本発明の実施のさらに他の形態を示すものであって、図１０に示したバイアス素子の構成を具体的に示した光ビーム検知装置を示す回路図である。
【図１３】本発明の実施のさらに他の形態を示すものであって、図１０に示した放電素子の構成を具体的に示した光ビーム検知装置を示す回路図である。
【図１４】本発明の実施のさらに他の形態を示すものであって、図１０に示したバイアス素子の構成を図１２とは別の構成にて具体的に示した光ビーム検知装置を示す回路図である。
【図１５】図１５（ａ）は図１４に示した比較器の第１入力端子および第２入力端子への入力信号の波形図、図１５（ｂ）は図１４に示した端子Ｎ５１における信号の波形図、図１５（ｃ）は光ビーム検知装置の出力信号の波形図である。
【図１６】本発明の実施のさらに他の形態を示すものであって、図１０に示したクランプ回路に温度補償回路を設けた光ビーム検知装置を示す回路図である。
【図１７】図１６に示した増幅器、バイアス素子および温度補償回路を具体的に示す回路図である。
【符号の説明】
２，３ 光ビーム検知装置
４ａ〜４ｅ 光ビーム検知装置
１１ 第１増幅器
１２ 第２増幅器
１３ 比較器（検出パルス出力手段）
３３ パルスストレッチ回路（パルスストレッチ手段）
３４ 遅延回路
３５ 演算回路
４２，４３ 遅延回路
４１ パルスストレッチ回路（パルスストレッチ手段）
４４ 演算回路
５１ クランプ回路（パルスストレッチ手段）
５２ バイアス素子（バイアス手段）
５３ 放電素子（放電手段）
９１ バイアス素子（バイアス手段）
１０１ 温度補償回路（温度補償手段）
１１１ 温度補償バイアス回路（バイアス手段、温度補償手段）
ＰＤ３１ 第１フォトダイオード（光電変換素子）
ＰＤ３２ 第２フォトダイオード（光電変換素子）
ＶＲ５１ 可変抵抗（パルス幅調整手段）
Ｔｒ５１ トランジスタ（第１のトランジスタ）
Ｔｒ９１ トランジスタ（第２のトランジスタ）
Ｉｃ８１ 定電流源（定電流手段、パルス幅調整手段）

Claims (13)

1. 光電変換素子と、
   前記光電変換素子からの光電変換出力に基づき、光ビームが光電変換素子の受光面を通過したことを示す検出パルスを出力する検出パルス出力手段と、
   前記検出パルスのパルス幅を広げるパルスストレッチ手段とを備えていることを特徴とする光ビーム検出装置。
2. 光ビームの走査方向に沿って受光面が隣り合うように配置された第１の光電変換素子および第２の光電変換素子と、
   これら両光電変換素子からの光電変換出力を比較して、光ビームが第１の光電変換素子から第２の光電変換素子へ通過したことを示す検出パルスを出力する検出パルス出力手段と、
   前記検出パルスのパルス幅を広げるパルスストレッチ手段とを備えていることを特徴とする光ビーム検出装置。
3. 前記検出パルス出力手段は、光ビームが第１の光電変換素子の受光面から第２の光電変換素子の受光面へ移動するタイミングを始端とする検出パルスを出力し、前記パルスストレッチ手段は、前記検出パルスのパルス幅を前記始端から任意の幅まで広げることを特徴とする請求項２に記載の光ビーム検出装置。
4. 前記パルスストレッチ手段は、検出パルスを遅延させる遅延回路と、検出パルスと前記遅延回路から出力されたパルスとを足し合わせて出力する演算回路とを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の光ビーム検出装置。
5. 前記遅延回路は複数段設けられ、前記演算回路は各遅延回路の出力を足し合わせて出力することを特徴とする請求項４に記載の光ビーム検出装置。
6. 前記検出パルス出力手段は、第１および第２の光電変換素子からの光電変換出力を入力する第１および第２の入力端子を有する比較器を備え、
   前記パルスストレッチ手段は、前記第１または第２の入力端子への入力信号のレベルを所定の期間、任意のレベルに保持するクランプ回路を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の光ビーム検出装置。
7. 前記クランプ回路は、クランプする電圧を供給するバイアス手段と、このバイアス手段にベースが接続され、エミッタが前記比較器における第１または第２の入力端子に接続された第１のトランジスタと、一端が第１のトランジスタのベースに接続され、他端が前記比較器の出力端子に接続されたコンデンサと、このコンデンサにおける前記ベース側の端子よりコンデンサの電荷を放電させる放電素子とを備えていることを特徴とする請求項６に記載の光ビーム検出装置。
8. 前記パルスストレッチ手段は、前記検出パルスのパルス幅を調整可能なパルス幅調整手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の光ビーム検出装置。
9. 前記バイアス手段は、クランプする電圧を調整する可変抵抗を備え、この可変抵抗が前記検出パルスのパルス幅を調整可能なパルス幅調整手段としても機能することを特徴とする請求項７に記載の光ビーム検出装置。
10. 前記放電手段は、前記コンデンサを放電させ、かつその放電量を調整可能な定電流手段を備え、この定電流手段が前記検出パルスのパルス幅を調整可能なパルス幅調整手段としても機能することを特徴とする請求項７に記載の光ビーム検出装置。
11. 前記バイアス手段は、クランプする電圧を第１のトランジスタのベースに供給する第２のトランジスタを備えていることを特徴とする請求項７に記載の光ビーム検出装置。
12. 前記バイアス手段が供給するクランプする電圧の温度補償を行う温度補償手段を備えていることを特徴とする請求項７に記載の光ビーム検出装置。
13. 請求項１から１２の何れか１項に記載の光ビーム検出装置を備えていることを特徴とする印刷装置。

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