JP2007334233A - 走査タイミング検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ビームの強度が高い場合であっても光ビームの走査タイミングの誤検出を抑制することができる走査タイミング検出装置を提供する。
【解決手段】走査タイミング検出装置１は、受光素子１０、第１電流電圧変換回路２１、第２電流電圧変換回路２２、クランプ回路３０および比較回路４０を備える。受光素子１０は、各々の受光領域が互いに隣接している第１フォトダイオードＰＤ１および第２フォトダイオードＰＤ２を含む。フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２は、光ビーム走査ラインＬに沿って配置される。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の順に光ビームは走査される。光ビーム走査ラインＬに沿った第１フォトダイオードＰＤ１の受光領域の幅Ｗ１は、光ビーム走査ラインＬに沿った第２フォトダイオードＰＤ２の受光領域の幅Ｗ２より広い。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ビームの走査ラインに沿って配置された第１フォトダイオードおよび第２フォトダイオードそれぞれからの出力電流値に基づいて該光ビームの走査タイミングを検出する装置に関するものである。

レーザプリンタ等の画像形成装置では、帯電されて回転している感光体の表面に対してレーザビームを軸方向に走査させて該感光体上に潜像を形成し、その感光体にトナーを塗布し、そのトナー像を用紙に転写することで、その用紙上に画像を形成する。この画像形成装置では、感光体への光ビームの走査タイミングを検出して、そのタイミングに同期して感光体上に潜像を形成するよう光ビームを強度変調する必要がある。そして、その走査タイミングを検出するために走査タイミング検出装置が用いられる。

特許文献１に開示された走査タイミング検出装置は、光ビームの走査ラインに沿って配置された第１フォトダイオードおよび第２フォトダイオードそれぞれからの出力電流値に基づいて、光ビームの走査タイミングを検出する。より具体的には、第１フォトダイオードから出力された電流値が第１電流電圧変換回路により電圧値Ｖ_１に変換されるとともに、第２フォトダイオードから出力された電流値が第２電流電圧変換回路により電圧値Ｖ_２に変換される。クランプ回路により、第１電流電圧変換回路から出力された電圧値Ｖ_１が所定のクランプレベルにクランプされて、そのクランプ後の電圧値Ｖ_１１が出力される。そして、第２電流電圧変換回路から出力された電圧値Ｖ_２と、クランプ回路から出力された電圧値Ｖ_１１とが、比較回路により大小比較されて、その比較結果を表す信号が走査タイミング検出信号として出力される。

すなわち、光ビームが第１フォトダイオードに入射しているときには「Ｖ_１１＞Ｖ_２」であったものが、光ビームが第２フォトダイオードに入射しているときには「Ｖ_１１＜Ｖ_２」となる。このような電圧値Ｖ_１１と電圧値Ｖ_２との大小関係の変化のタイミングを、光ビームの入射位置が第１フォトダイオードから第２フォトダイオードに移動するタイミングとして捉えることで、光ビームの走査タイミングを検出することができる。

また、この特許文献１に開示された走査タイミング検出装置では、電圧値Ｖ_１と電圧値Ｖ_２とを大小比較するのでは無く、クランプ後の電圧値Ｖ_１１と電圧値Ｖ_２とを大小比較することにより、光ビーム強度変化や外乱光等のノイズの影響を受けないようにすることができるとしている。
特開２００２−１２０３９８号公報

ところで、近年では、ネットワーク技術の進歩やコンピュータの高性能化により、レーザプリンタ等の画像形成装置における画像の形成の高速化や高解像度化が要求されている。この高速化を実現するには、レーザ光ビームの走査速度を速くするとともに、レーザ光ビームの強度を高くすることが必要となる。しかしながら、本発明者の知見によれば、レーザ光ビームの強度が高くなると、上記特許文献１に開示されたような構成の走査タイミング検出装置が誤検出する場合がある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光ビームの強度が高い場合であっても光ビームの走査タイミングの誤検出を抑制することができる走査タイミング検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係る走査タイミング検出装置は、光ビームの走査ラインに沿って配置された第１フォトダイオードおよび第２フォトダイオードそれぞれからの出力電流値に基づいて、光ビームの走査タイミングを表す走査タイミング検出信号を出力する装置であって、(1) 第１フォトダイオードから出力された電流値を入力し、その入力した電流値に応じた電圧値を出力する第１電流電圧変換回路と、(2) 第２フォトダイオードから出力された電流値を入力し、その入力した電流値に応じた電圧値を出力する第２電流電圧変換回路と、(3)第１電流電圧変換回路から出力された電圧値を入力し、その入力した電圧値を所定のクランプレベルにクランプして、そのクランプ後の電圧値を出力するクランプ回路と、(4)第２電流電圧変換回路から出力された電圧値と、クランプ回路から出力された電圧値とを入力し、これら入力した２つの電圧値を大小比較して、その比較結果を表す信号を走査タイミング検出信号として出力する比較回路と、を備えることを特徴とする。

さらに、本発明に係る走査タイミング検出装置は、第１フォトダイオードおよび第２フォトダイオードの順に光ビームが走査され、光ビームの走査ラインに沿った第１フォトダイオードの受光領域の幅が、光ビームの走査ラインに沿った第２フォトダイオードの受光領域の幅より広いことを特徴とする。或いは、本発明に係る走査タイミング検出装置は、第１フォトダイオードおよび第２フォトダイオードの順に光ビームが走査され、第１フォトダイオードの感度と受光面積との積が、第２フォトダイオードの受光領域の感度と受光面積との積より大きいことを特徴とする。また、クランプ回路は第１電流電圧変換回路または比較回路に内蔵されているのも好適である。

本発明に係る走査タイミング検出装置では、第１フォトダイオードから出力された電流値は第１電流電圧変換回路により電圧値に変換され、第２フォトダイオードから出力された電流値は第２電流電圧変換回路により電圧値に変換される。第１電流電圧変換回路から出力された電圧値は、クランプ回路に入力されて、このクランプ回路により、所定のクランプレベルにクランプされ、そのクランプ後の電圧値が出力される。そして、比較回路により、第２電流電圧変換回路の出力電圧値とクランプ回路の出力電圧値とが大小比較されて、その比較結果を表す信号が走査タイミング検出信号として出力される。

本発明では、第１フォトダイオードおよび第２フォトダイオードの順に光ビームが走査され、その光ビームの走査ラインに沿った第１フォトダイオードの受光領域幅が第２フォトダイオードの受光領域幅より広い。或いは、第１フォトダイオードおよび第２フォトダイオードの順に光ビームが走査され、第１フォトダイオードの感度と受光面積との積が、第２フォトダイオードの受光領域の感度と受光面積との積より大きい。このことから、本発明に係る走査タイミング検出装置では、光ビームの強度が高い場合であっても、光ビームの走査タイミングの誤検出を抑制することができる。

本発明によれば、光ビームの強度が高い場合であっても、光ビームの走査タイミングの誤検出を抑制することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る走査タイミング検出装置１の全体構成図である。また、図２は、本実施形態に係る走査タイミング検出装置１に含まれる第１フォトダイオードＰＤ１および第２フォトダイオードＰＤ２の説明図である。本実施形態に係る走査タイミング検出装置１は、受光素子１０、第１電流電圧変換回路２１、第２電流電圧変換回路２２、クランプ回路３０および比較回路４０を備える。

この走査タイミング検出装置１は、受光素子１０に含まれる第１フォトダイオードＰＤ１および第２フォトダイオードＰＤ２それぞれからの出力電流値に基づいて、光ビームの走査タイミングを表す走査タイミング検出信号を出力する装置である。

受光素子１０は、各々の受光領域が互いに隣接している第１フォトダイオードＰＤ１および第２フォトダイオードＰＤ２を含む。受光素子１０は、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２が１つの半導体チップ上に形成されたものであってもよいし、また、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２が異なる半導体チップ上に形成されたものであってもよい。フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２それぞれは、光入射に伴って当該入射光量に応じた量の電荷を発生し、その電荷を出力する。

フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２は、図中の一点鎖線で示す光ビーム走査ラインＬに沿って配置される。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の順に光ビームは走査される。また、光ビーム走査ラインＬに沿った第１フォトダイオードＰＤ１の受光領域の幅Ｗ１は、光ビーム走査ラインＬに沿った第２フォトダイオードＰＤ２の受光領域の幅Ｗ２より広い。

第１電流電圧変換回路２１は、第１フォトダイオードＰＤ１から出力された電流値を入力し、この入力電流値に対して電流-電圧変換を行うとともに変換後の電圧値を適当に増幅して、入力電流値に応じた電圧値Ｖ_１を出力する。第２電流電圧変換回路２２は、第２フォトダイオードＰＤ２から出力された電流値を入力し、この入力電流値に対して電流-電圧変換を行うとともに変換後の電圧値を適当に増幅して、入力電流値に応じた電圧値Ｖ_２を出力する。
クランプ回路３０は、第１電流電圧変換回路２１から出力された電圧値Ｖ_１を入力し、その入力した電圧値を所定のクランプレベルにクランプして、そのクランプ後の電圧値Ｖ_１１を出力する。ここで、第１フォトダイオードＰＤ１に光ビームが入射するときに第１電流電圧変換回路２１から出力される電圧値Ｖ_１が正である場合には、クランプ回路３０におけるクランプレベルＶ_Ｃは、第１フォトダイオードＰＤ１に光が入射していないときに第１電流電圧変換回路２１から出力される電圧値より大きい値であって、予想されるノイズレベルを超える値に設定される。そして、クランプ回路３０から出力される電圧値Ｖ_１１は、入力電圧値Ｖ_１およびクランプレベルＶ_Ｃのうち大きい値とされて、これによりノイズの影響が除去される。

比較回路４０は、第２電流電圧変換回路２２から出力された電圧値Ｖ_２と、クランプ回路３０から出力された電圧値Ｖ_１１とを入力し、これら入力した２つの電圧値Ｖ_２，Ｖ_１１を大小比較して、その比較結果を表す信号を走査タイミング検出信号Ｖ_outとして出力する。この比較回路４０から出力される走査タイミング検出信号Ｖ_outのレベルは、光ビームが走査ラインに沿って走査される際に該光ビームの入射位置が第１フォトダイオードＰＤ１の受光領域から第２フォトダイオードＰＤ２の受光領域へ遷移するタイミングで反転する。すなわち、走査タイミング検出信号Ｖ_outのレベル反転のタイミングから、光ビームの走査タイミングが検知され得る。

次に、本実施形態に係る走査タイミング検出装置１の動作について比較例と対比しつつ説明する。図３は、本実施形態に係る走査タイミング検出装置１の動作の説明図である。また、図４は、比較例の走査タイミング検出装置の動作の説明図である。本実施形態に係る走査タイミング検出装置１の構成と比較すると、比較例の走査タイミング検出装置は、光ビーム走査ラインに沿った第１フォトダイオードの受光領域の幅Ｗ１が第２フォトダイオードの受光領域の幅Ｗ２より狭い点で相違する。

図３（ａ）および図４（ａ）それぞれには、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の順に光ビームが走査される際の、第２電流電圧変換回路２２から出力された電圧値Ｖ_２の経時的変化、および、クランプ回路３０から出力された電圧値Ｖ_１１の経時的変化が、示されている。また、図３（ｂ）および図４（ｂ）それぞれには、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の順に光ビームが走査される際の、比較回路４０から出力される走査タイミング検出信号Ｖ_outのレベルの経時的変化が示されている。

比較例では、図４（ａ）に示されるように、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の順に光ビームが走査される際に、クランプ回路３０から出力される電圧値Ｖ_１１がクランプレベルＶ_Ｃより大きくなり始める前に、第２電流電圧変換回路２２から出力される電圧値Ｖ_２は、クランプ回路３０におけるクランプレベルＶ_Ｃより大きくなる場合がある。このような現象は、光ビームの強度が高い場合に、光ビームの主光線が第１フォトダイオードＰＤ１の受光領域に入射する前に、光ビームの光束断面における強度プロファイルの裾部分が充分な強度で第２フォトダイオードＰＤ２の受光領域に入射することに因って起こり得る。近年の高速処理の要求に基づいて光ビームの強度を高くして短い時間で処理を行おうとする場合、光ビームのプロファイルが鋭いピークになだらかな裾が付随している場合には裾自体の光強度が従来よりも高くなっていることがこのような現象の一つの原因となる。また、光ビームのプロファイルが鋭いピーク以外に空間的に横の位置にサブのピークが現れることもこのような現象の別の原因となっている。また、装置・素子を構成する部材による反射・迷光成分も同じような作用をもたらす原因となる。

比較例では、このような現象が起こると、図４（ｂ）に示されるように、第２電流電圧変換回路２２の出力電圧値Ｖ_２がクランプ回路３０の出力電圧値Ｖ_１１より大きくなる期間が２つ存在して、比較回路４０から出力される走査タイミング検出信号Ｖ_outがハイレベルとなる期間が２つ存在することになる。すなわち、走査タイミング検出信号Ｖ_outがローレベルからハイレベルに転じるタイミングが２つ存在することになるので、この比較例の走査タイミング検出装置は、光ビーム走査タイミングを誤検出することになる。

これに対して、本実施形態に係る走査タイミング検出装置１では、光ビーム走査ラインに沿った第１フォトダイオードＰＤ１の受光領域の幅Ｗ１は、光ビーム走査ラインに沿った第２フォトダイオードＰＤ２の受光領域の幅Ｗ２より広くなっている。このように構成されることにより、本実施形態では、図３（ａ）に示されるように、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の順に光ビームが走査される際に、クランプ回路３０から出力される電圧値Ｖ_１１がクランプレベルＶ_Ｃより大きくなり始める前に、第２電流電圧変換回路２２の出力電圧値Ｖ_２がクランプレベルＶ_Ｃより大きくなる事態が回避される。

したがって、本実施形態では、図３（ｂ）に示されるように、第２電流電圧変換回路２２の出力電圧値Ｖ_２がクランプ回路３０の出力電圧値Ｖ_１１より大きくなる期間が１つのみ存在して、比較回路４０から出力される走査タイミング検出信号Ｖ_outがハイレベルとなる期間が１つのみ存在することになる。すなわち、走査タイミング検出信号Ｖ_outがローレベルからハイレベルに転じるタイミングが１つのみ存在することになるので、この本実施形態に係る走査タイミング検出装置１では、光ビーム走査タイミングの誤検出が抑制され得る。

なお、上記の比較例の問題を解決するために、クランプ回路３０におけるクランプレベルＶ_Ｃを大きくすることも考えられる。しかし、クランプレベルＶ_Ｃを大きくすると、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２における最低受光感度が低下することになるので、好ましくない。本実施形態では、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２における最低受光感度の低下を招くこと無く、比較例の問題を解決することができる。

上記実施形態では、第１電流電圧変換回路２１と比較回路４０との間にクランプ回路３０が設けられているが、第１電流電圧変換回路２１にクランプ回路が内蔵されてもよいし、比較回路４０にクランプ回路が内蔵されてもよい。また、上記実施形態では、電流電圧変換回路２１，２２の出力電圧値の極性が正であるとして、クランプ回路３０は出力電圧値の下限値をクランプレベルＶ_Ｃにクランプしたが、電流電圧変換回路２１，２２の出力電圧値の極性が負である場合には、クランプ回路は出力電圧値の上限値をクランプレベルＶ_Ｃにクランプすればよい。

また、第１フォトダイオードの感度と受光面積との積が、第２フォトダイオードの受光領域の感度と受光面積との積より大きいこととすれば、上記実施形態と同じく、光ビーム走査タイミングの誤検出が抑制されうる。

本実施形態に係る走査タイミング検出装置１の全体構成図である。 本実施形態に係る走査タイミング検出装置１に含まれる第１フォトダイオードＰＤ１および第２フォトダイオードＰＤ２の説明図である。 本実施形態に係る走査タイミング検出装置１の動作の説明図である。 比較例の走査タイミング検出装置の動作の説明図である。

符号の説明

１…走査タイミング検出装置、１０…受光素子、２１…第１電流電圧変換回路、２２…第２電流電圧変換回路、３０…クランプ回路、４０…比較回路、ＰＤ１…第１フォトダイオード、ＰＤ２…第２フォトダイオード。

Claims (3)

1. 光ビームの走査ラインに沿って配置された第１フォトダイオードおよび第２フォトダイオードそれぞれからの出力電流値に基づいて、前記光ビームの走査タイミングを表す走査タイミング検出信号を出力する装置であって、
   前記第１フォトダイオードから出力された電流値を入力し、その入力した電流値に応じた電圧値を出力する第１電流電圧変換回路と、
   前記第２フォトダイオードから出力された電流値を入力し、その入力した電流値に応じた電圧値を出力する第２電流電圧変換回路と、
   前記第１電流電圧変換回路から出力された電圧値を入力し、その入力した電圧値を所定のクランプレベルにクランプして、そのクランプ後の電圧値を出力するクランプ回路と、
   前記第２電流電圧変換回路から出力された電圧値と、前記クランプ回路から出力された電圧値とを入力し、これら入力した２つの電圧値を大小比較して、その比較結果を表す信号を前記走査タイミング検出信号として出力する比較回路と、
   を備え、
   前記第１フォトダイオードおよび前記第２フォトダイオードの順に前記光ビームが走査され、
   前記光ビームの走査ラインに沿った前記第１フォトダイオードの受光領域の幅が、前記光ビームの走査ラインに沿った前記第２フォトダイオードの受光領域の幅より広い、
   ことを特徴とする走査タイミング検出装置。
2. 光ビームの走査ラインに沿って配置された第１フォトダイオードおよび第２フォトダイオードそれぞれからの出力電流値に基づいて、前記光ビームの走査タイミングを表す走査タイミング検出信号を出力する装置であって、
   前記第１フォトダイオードから出力された電流値を入力し、その入力した電流値に応じた電圧値を出力する第１電流電圧変換回路と、
   前記第２フォトダイオードから出力された電流値を入力し、その入力した電流値に応じた電圧値を出力する第２電流電圧変換回路と、
   前記第１電流電圧変換回路から出力された電圧値を入力し、その入力した電圧値を所定のクランプレベルにクランプして、そのクランプ後の電圧値を出力するクランプ回路と、
   前記第２電流電圧変換回路から出力された電圧値と、前記クランプ回路から出力された電圧値とを入力し、これら入力した２つの電圧値を大小比較して、その比較結果を表す信号を前記走査タイミング検出信号として出力する比較回路と、
   を備え、
   前記第１フォトダイオードおよび前記第２フォトダイオードの順に前記光ビームが走査され、
   前記第１フォトダイオードの感度と受光面積との積が、前記第２フォトダイオードの受光領域の感度と受光面積との積より大きい、
   ことを特徴とする走査タイミング検出装置。
3. 前記クランプ回路が前記第１電流電圧変換回路または前記比較回路に内蔵されていることを特徴とする請求項１または２に記載の走査タイミング検出装置。
   

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