JP4261079B2 - Scanning beam measurement evaluation apparatus and image forming apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、走査ビーム測定評価装置及び画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
レーザビームプリンタ、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書込み走査光学ユニットは、主にレーザ光源、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。一般に、このような画像形成装置では、レーザ光源から発生されたレーザビームをコリメータレンズによって平行光に変換し、ポリゴンミラーへ照射し、その回転によって偏向する。ポリゴンミラーによって反射された光ビームは、結像レンズおよびミラー系によって感光体上に結像する。
【0003】
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ことが知られている。
【0004】
ところで、走査光学系を構成している光学素子に面精度(うねり)、表面欠陥、内部欠陥等の異常があった場合、感光体上へ走査される走査ビームの主走査方向の走査位置ずれや、ビームの深度方向の合焦位置ずれにより、ビームのピーク光量の低下や、ビーム径への影響を伴い、画像形成上の不良を発生させる原因となる。
【0005】
従来、走査光学系の走査ビームの評価は、ピンホール又はスリットを感光体の表面に相当する位置に設け、その後の受光素子によって測定された、静止状態でのビーム径をもとに、その値が急激に変化する点があるかどうかによって、行われていることが知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のビーム径の測定方法では、走査全域にわたり、例えば、1mmごとに測定を行った場合、その測定時間は膨大となる。また、ビームの静止状態での測定のため、走査状態でのビーム特性を測定できないという不具合もある。
【0007】
走査光学系の走査ビームを計測する方法としては、移動手段の位置検出部による位置計測と、その位置におけるドット位置を合成することによって、走査系全体でのドット位置を検出するように構成することも考えられる。
【0008】
このような測定装置においては、測定時間および振動等を考慮するため、測定の度に移動・停止を繰り返すのではなく、測定手段である2次元センサを主走査方向に移動しながら、ビーム位置を計測する場合が多いと思われるが、走査基準信号発生時で位置を記憶し、全走査域でのビーム位置を検出するようにした場合、以下に述べるような測定時間における誤差が発生し、またこれが位置計測誤差に対して無視できないものであるため、高精度に位置計測を行う場合に問題になる。
【0009】
以下に、移動機構の速度変動と、観測時刻の位置精度に与える影響を説明する。すなわち、移動機構の移動速度V(mm/sec)、移動速度変動δV(mm/sec)、レーザ1ラインの走査周波数F(1/sec)とすると、1ライン走査時間において、移動機構の移動量L(mm)は、“L=(V+δV)/F”、移動ステージの速度変動が±10%程度あるときの移動量誤差δLは、“δL=±0.1・V/F”であり、V=100、F=2000の場合、“δL=±5*10E-3(mm)=±5μm”となる。
【0010】
この基準位置からのずれへの対応としては、トリガ用PDを検出系の前段にとりつけることによって行うことが考えられるが、トリガ用PDを追加することにより、装置構成が複雑になるだけでなく、トリガPDに確実に走査ビームが入るように点灯制御をおこなう必要があるなど、制御の構成も複雑になってしまう不具合がある。
【0011】
また、上記移動ステージでは、位置検出用同期信号から位置検出を実際に行うまでの時間間隔に変動があると、同じくビーム位置の誤差につながり、上記設定で仮に1msecの検出時間変動があった場合、位置に換算して10μmの誤差を含有する。走査系のビーム径は100μmよりも小さいものであるので、測定精度が著しく低下する不具合がある。
【0012】
さらに、この検出時間の変動を小さくするためには、検出専用のハードウエアもしくは、μSecオーダーでの、リアルタイム性を保証しているリアルタイムOSでシステムを構成する必要があり、汎用PCで制御を行う場合に比べ、装置コストが高騰する。
【0013】
この発明の目的は、走査光学装置について高精度に主走査方向の全走査系位置を計測することである。
【0014】
この発明の目的は、副走査方向の機構のガタや振動によって発生する副走査方向の位置ずれの影響を低減し高精度に主走査方向の全走査系位置を計測することである。
【0015】
この発明の目的は、測定評価パターンと検出系位置の比較により、前記高精度の計測の利便性を向上することである。
【0016】
この発明の目的は、前記高精度の計測の利便性を向上することである。
【0017】
この発明の目的は、製造コストを低減することである。
【0018】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、静電潜像の露光走査を行う走査光学装置から出力される走査ビームの走査開始の基準位置を検出する基準位置検出手段と、評価対象画素に走査ビーム評価用パターンを発生する評価パターン発生手段と、前記走査光学装置のポリゴンミラーに光を照射する発光素子を前記パターンに基づき制御する発光素子制御手段と、前記走査ビームの光量分布を受光素子で受光して検出する光検出手段と、前記受光素子を主走査方向に移動する移動手段と、前記受光素子の位置検出を行う位置検出手段と、前記移動手段で前記受光素子をビーム主走査方向に移動しながら前記光検出手段で前記走査ビームを検出し、前記位置検出手段で検出される前記受光素子の位置を前記走査ビーム評価用パターンと同期して記憶して、前記光検出手段で検出した走査ビーム位置と位置検出手段で検出した前記受光素子位置とによって前記走査ビームの位置を測定評価する測定評価手段と、を備えている走査ビーム測定評価装置である。
【0019】
したがって、検出評価パターンに同期し移動系の位置情報を取得することにより、高精度に主走査方向の全走査系の位置を計測することができる。
【0022】
請求項に記載の発明は、請求項に記載の走査ビーム測定評価装置において、測定評価手段は、走査ビーム評価用パターンの発生区間と同期して受光素子の位置を記憶するものである。
【0023】
したがって、検出評価パターンに同期し移動系の位置情報を取得することにより、高精度に主走査方向の全走査系の位置を計測することができる。
【0024】
請求項に記載の発明は、請求項1または2に記載の走査ビーム測定評価装置において、前記測定評価手段は、独立して設定されている走査ビーム評価用パターンと前記受光素子の位置の検出トリガ位置とにつき、実際の走査パターン生成時に前記トリガ位置で発生する検出トリガ信号と同期して前記受光素子の位置を記憶するものである。
【0025】
したがって、検出評価パターンに同期し移動系の位置情報を取得することにより、高精度に主走査方向の全走査系の位置を計測することができる。
【0026】
請求項に記載の発明は、請求項1〜3の何れかの一に記載の走査ビーム測定評価装置において、前記測定評価手段は、基準位置信号から積算される画素カウンタ積算値により決定されるビーム位置と前記位置検出手段から得られる受光素子の位置とを比較し、あらかじめ決められた条件と同期して前記受光素子の位置を記憶するものである。
【0027】
したがって、測定評価パターンと検出系位置の比較により、高精度計測の利便性を向上することができる。
【0028】
請求項に記載の発明は、請求項に記載の走査ビーム測定評価装置において、前記測定評価手段は、前記受光素子の位置を記憶する条件として、画素カウンタ積算値から決定されるビーム位置と位置検出手段の位置情報とから位置検出手段の位置を走査ビームの位置が通りすぎた後の最初の画素クロック信号に同期して受光素子の位置を記憶するものである。
【0029】
したがって、測定評価パターンと検出系位置の比較により、高精度計測の利便性を向上することができる。
【0030】
請求項に記載の発明は、前記測定評価手段は、前記受光素子の位置を記憶する条件として、前記位置検出手段の位置情報に対応する画素カウンタ積算値から決定されるビーム位置をあらかじめ記憶しておき、前記位置検出手段の対応位置を走査ビームが通りすぎた後、最初の画素クロック信号に同期して受光素子位置を記憶するものである。
【0031】
したがって、測定評価パターンと検出系位置の比較により、高精度計測の利便性を向上することができる。
【0034】
請求項に記載の発明は、請求項1〜6の何れかの一に記載の走査ビーム測定評価装置において、前記位置検出手段は、パルス列信号を出力するものであり、前記評価パターン発生手段は、当該パルス列信号のパルス数をカウントするカウンタ手段を備えている。
【0035】
したがって、評価パターン発生手段に、検出系の位置保存機能を設けることによって、製造コストを低減することができる。
【0036】
請求項に記載の発明は、請求項1〜7の何れかの一に記載の走査ビーム測定評価装置を備え、当該装置により静電潜像の露光走査を行う走査光学装置の走査ビームの位置を測定評価するものである電子写真方式の画像形成装置である。
【0037】
したがって、請求項1〜9の何れかの一に記載の発明と同様の作用、効果を奏することができる。
【0038】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施の形態について説明する。
【0039】
図1は、この発明の一実施の形態である、電子写真方式の画像形成装置における走査光学系の走査ビームを測定、評価する装置である走査ビーム測定評価装置1の概略構成を説明するブロック図である。
【0040】
この走査ビーム測定評価装置1は、走査光学ユニット50にセットして測定を行う。なお、基準位置検出手段として走査ビームの走査開始位置を検出する受光センサを用い、このセンサからの基準位置信号を以下、同期信号とよぶ。
【0041】
走査光学ユニット50は、レーザ光源であるレーザダイオード(以下、LDという)12と、走査ビームの走査開始位置を検出する受光センサであるフォトダイオード(以下、PDという)13については、走査ビーム測定評価装置1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、回転多面鏡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。
【0042】
これにより、走査ビーム測定評価装置1は、LD12から光ビームを回転多面鏡14への反射面に向けて照射し、光ビームを反射させて、走査光学ユニット50で走査させる。光ビームは、まず、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。次に、光ビームは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。
【0043】
走査ビーム測定評価装置1は、この感光体像位置Rにおいて、検出手段としてCCD二次元エリアセンサ20が配置されている。また、CCD二次元エリアセンサ20には、着脱自在な拡大光学素子である対物レンズ21により、走査ビームのスポット像を拡大検出できる。また、この対物レンズ21の着脱の際に生じる、微妙な光軸方向の位置ずれは、光軸方向の図示しない移動ステージなどで微調整できるようになっている。
【0044】
走査ビーム測定評価装置1は、PD13により得られた同期信号16をもとに、LD12の点灯制御部17で、走査ビームの発光のタイミングをとり、また、CCD二次元エリアセンサ20の取込みトリガをかけ、カメラトリガシャッター22を開いて受光させる。ここで、この同期信号16を回転多面鏡14の面数(この例では6面)に応じてカウントすることで、面選択を可能とし、特定の面でのみLD12の点灯制御部17への発光のタイミングに使うようにすることもできる。
【0045】
CCD二次元エリアセンサ20にて撮像した後、計測部CPU41の指令により、コントローラボックス40を介して、取得した画像データをデータ格納部32へ転送する。また、同時に、位置検出部25が、位置検出用PD27からのトリガをもとに取得した撮像位置の位置情報を、保存部34から計測部CPU41へ転送する。
【0046】
また、このとき、位置検出用のPD27は、走査ビームを検出することで、走査ビームが検出系に入射するタイミングに合わせて、位置情報取得のトリガがかかるようにしている。
【0047】
CCD二次元エリアセンサ20は、X軸移動ステージ23によって、主走査方向であるX軸方向に移動可能である。これによって、CCD二次元エリアセンサ20は、走査領域内の任意の位置で走査ビームを検出可能となる。この時、X軸移動ステージ23は、計測部CPU41からコントローラボックス40を介し、機構制御部24により駆動される。また、X軸移動ステージ23の移動量は、位置検出センサであるリニアスケール26(その他、光側長器や、レーザマイクロセンサ等も利用できる)を用い、位置検出部25により計測を行う。これにより、CCD二次元エリアセンサ20のデータ取得位置を、正確にかつ高速に計測できる。
【0048】
CCD二次元エリアセンサ20は、主走査方向であるX軸方向に移動されながら、この画像データの取得とデータ格納部32への転送するルーチンを全走査領域内にわたって繰返し、1走査ライン分の画像データを取得する。この後、信号処理部33により撮像した光量分布データの解析により、走査光学系の全走査域でのリニアリティ、及び、走査線曲がり量の測定評価を終了する。
【0049】
測定結果は、計測部CPU41にて演算され、走査ビームの画像データをもとに、その走査ラインにおける走査光学系の全走査域でのリニアリティ、及び、走査線曲がり量の表示を表示部42に行わせることができる。
【0050】
図2は、走査ビームの点灯制御部17における基本的なタイミングチャートを示したものである。図2において、(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、受光センサである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、PD13の受光トリガで、同期信号16としている。(b)の立下がりタイミングで、ポリゴンミラー14の回転ムラ等により生ずるクロック位相のずれを調整し、(c)に示す光書き込み系の基本クロック信号(画素CLOCK)19を生成する。信号(d)は、この基本クロック信号で駆動されるカウンタ値(画素カウンタ)であり、カウンタは前記同期信号で0にリセットされ、このカウンタ値を用いて、実際のLD12の書き込みタイミング(すなわちその位置)を制御する。
【0051】
信号(e)は、計測部CPU41で所定のプログラムにもとづき、実際にLD12を駆動させる信号(Ld駆動信号)であり、(d)のカウント値と比較して、パターンを出力させることができ、例えば、図2では、4進のカウンタとして、Tpを設定している。このようにTpの時間間隔を任意に設定可能であり、ドットの発光させる時間間隔として設定することができる。ここで、(c)のクロック信号において、同期信号16とタイミングを正確に合せているため、(e)のLD駆動信号により、発光するドットの打たれる位置の再現性は格段に向上させることができる。
【0052】
つづいて移動系位置の検出に関してのタイミングであるが、同期信号(b)に準じたものを信号(g)として示す(位置検出トリガ)。検出系が移動するため、検出系位置も、信号(f)のように刻々と変化しており、基準位置と、実際の評価パターン位置の違いが検出系位置の誤差となる。また、位置検出トリガ信号(g)から、実際にシステムとしてその位置を記憶するまでの遅延時間をTdとすると、この遅延時間内にも移動系は移動するため、Tdに変動があった場合には、それが位置情報の検出誤差につながる。
【0053】
なお、A4横幅が約300mmに対して、600dpiの解像度の書き込み形の場合、少なくともその主走査方向のドット数は、“7000≒300(mm)/25.4(mm/inch)*600(dpi=dot/inch)”となるため、その走査時間の検出系の移動および、クロックのジッタも測定精度の低下につながる。
【0054】
前記のように位置検出トリガ用PDを別途設けてタイミング制御を行うなどしてこの影響を低減する場合は、トリガPDおよびその測定回路が必要となり、またトリガPDにビームが確実に入るように、ビームの発光タイミングを制御する必要があり、装置構成が複雑になってしまう。
【0055】
これに対し、図3に示す、この走査ビーム測定評価装置1による位置検出トリガ信号の例で、この走査ビーム測定評価装置1による動作を説明する。信号(g1)の記憶用トリガ(位置検出トリガ)は、(e1)のパターン発生区間信号の立ち上がりと同期しており、これにより走査系の位置によらず安定した検出系の位置計測を行う。パターン発生区間信号は、評価対象画素に走査ビーム評価用パターンを発生するものである。
【0056】
また、信号(g2)の記憶用トリガは、画素カウンタ信号の設定値(ここではカウント値101の立ち上がり時)において発生する。これにより、走査系の位置によらず、安定した検出系の位置計測が可能であり、位置検出トリガ信号から実際にデータ格納部32に書き込までの遅延時間(上記Td)が発生するときなどに、補正ができるという効果がある。
【0057】
前記のように、パターン発生区間信号と、検出系の位置検出時間のずれを低減し、検出誤差低減することが可能となったが、実際に装置として使用するにあたり、発生している評価パターンの光分布部が、検出系にて捕捉されていることを保証する必要がある。
【0058】
画素カウンタ値から走査しているビーム位置が、検出系位置検出手段から検出系位置がそれぞれ計測されており、この対応は図4に示すグラフのように、検出系位置検出手段の位置の変化に対して、画素カウンタが、何度もクロスする形になる(Y軸は、走査幅が1となるようにそれぞれ正規化する。)。このクロス部で、検出系に走査ビームが入ることに相当する。なお、図4に示すビーム位置1〜8は、走査しているビーム位置を時間毎に示したものである。
【0059】
このように、画素カウンタ値から走査しているビーム位置と検出系位置との相関によって、位置検出トリガ信号を発生することによって、発生している評価パターンの光分布部が、検出系にて捕捉されていることを保証することができる。
【0060】
この、規格化した検出系位置Psと同じく、規格化したビームスポット位置Pbにおいて、Pb>Psを満足する最初の画素立ち上がりエッジで位置検出トリガ信号を発生する。
【0061】
あるいは、移動系および走査ビームのリニアリティが十分でないときは、事前に上記PbとPsの対応を計測しその対応をLUT等のメモリ保存しておき、計測時にPb>LUT(Ps)(LUTは対応表)を満足する最初の画素立ち上がりエッジで位置検出トリガ信号を発生する。
【0062】
これらの手段により、評価用ドット列パターンを系全体にわたって変更することなく、自動的に移動系検出位置を高精度に検出することが可能となる。なお、図3に示す信号(g1)および信号(g2)の記憶用トリガの発生と、走査しているビーム位置と検出系位置との相関による位置検出トリガ信号の発生とは、いずれも所定の画素カウンタ値の立ち上がり時に発生するものであるため、同時に行うことができる。例えば、 Pb Ps を満足する最初の画素立ち上がりエッジと、図3に示す信号(g1)および信号(g2)の記憶用トリガを発生させるための所定の画素カウンタ値の立ち上がりとを同一にすればよい。
【0063】
また、連続ドット列の評価ではなく、限定されたスポット(1個とか5、6個のドット列)の評価等のために短区間のパターンを投影評価する場合などは、上記PbとPsの関係より、現在測定系が存在しているところに対して、パターンの発生区間を自動的に変更し、そのときのパターン発生開始位置と、移動系検出位置を併せて記憶することにより、スポット位置の制御を外部から行う必要がなくなる。
【0064】
パターンと同期した位置検出トリガ信号28の発生部と、PD27の位置を記憶するデータ格納部32を設けているので、図中の位置検出用PD27からのトリガは不要となる。
【0065】
また、PD27の位置を検出する位置検出部25と、パターン発生区間信号を出力する手段の接続を直接行うことによって、前記トリガ信号から位置を保存するまでの遅延時間Tdの影響を低減することが可能となる。
【0066】
さらに、リニアセンサ、マグネスケール、エンコーダ等のAB相でパルス出力するような、位置検出部25に対して、そのパルス列を直接パターン発生区間信号を出力する手段の内部に接続し、その手段の内部にカウンタ機能を持たせることによって、装置全体でのコストを下げることが可能となる。
【0067】
前述のような構成により位置検出タイミング制御によって、実際にセンサ入力を行うタイミングでの位置計測が可能となるため、振動や機構ガタ等によって生ずる副操作方向の微小な位置ずれに関しても計測することが可能となり、高精度な走査ビーム位置の測定を行うことができる。
【0068】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明は、検出評価パターンに同期し移動系の位置情報を取得することにより、高精度に主走査方向の全走査系の位置を計測することができる。
【0070】
請求項に記載の発明は、請求項に記載の走査ビーム測定評価装置において、検出評価パターンに同期し移動系の位置情報を取得することにより、高精度に主走査方向の全走査系の位置を計測することができる。
【0071】
請求項に記載の発明は、請求項1または2に記載の走査ビーム測定評価装置において、検出評価パターンに同期し移動系の位置情報を取得することにより、高精度に主走査方向の全走査系の位置を計測することができる。
【0072】
請求項に記載の発明は、請求項1〜3の何れかの一に記載の走査ビーム測定評価装置において、測定評価パターンと検出系位置の比較により、高精度計測の利便性を向上することができる。
【0073】
請求項に記載の発明は、請求項に記載の走査ビーム測定評価装置において、測定評価パターンと検出系位置の比較により、高精度計測の利便性を向上することができる。
【0074】
請求項に記載の発明は、請求項4に記載の走査ビーム測定評価装置において、測定評価パターンと検出系位置の比較により、高精度計測の利便性を向上することができる。
【0076】
請求項に記載の発明は、請求項1〜6の何れかの一に記載の走査ビーム測定評価装置において、評価パターン発生手段に、検出系の位置保存機能を設けることによって、製造コストを低減することができる。
【0077】
請求項に記載の発明は、請求項1〜7の何れかの一に記載の発明と同様の作用、効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態である走査ビーム測定評価装置の概略構成を説明するブロック図である。
【図2】前記走査ビーム測定評価装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図3】同タイミングチャートである。
【図4】同説明図である。
【符号の説明】
1 走査ビーム測定評価装置
12 発光素子
13 受光素子
50 走査光学ユニット
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a scanning beam measurement evaluation apparatus and an image forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
The writing scanning optical unit used in electrophotographic image forming apparatuses such as laser beam printers, copiers, and facsimiles has a scanning optical system mainly composed of a laser light source, collimating lenses, various lenses / mirrors, polygon mirrors, etc. Have. In general, in such an image forming apparatus, a laser beam generated from a laser light source is converted into parallel light by a collimator lens, irradiated to a polygon mirror, and deflected by its rotation. The light beam reflected by the polygon mirror forms an image on the photosensitive member by an imaging lens and a mirror system.
[0003]
The point image on the photosensitive member 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 photosensitive drum to form an electrostatic latent image. A toner image is formed by attaching a toner to the surface of the photosensitive drum on which the electrostatic latent image is formed, and forming the toner image. The toner image is transferred to a transfer paper and fixed, and the toner image is transferred to the transfer paper. It is known to form an image.
[0004]
By the way, when there are abnormalities such as surface accuracy (waviness), surface defects, internal defects, etc. in the optical elements constituting the scanning optical system, the scanning position deviation in the main scanning direction of the scanning beam scanned onto the photosensitive member The focus position shift in the depth direction of the beam causes a decrease in the peak light amount of the beam and an influence on the beam diameter, which causes a defect in image formation.
[0005]
Conventionally, the evaluation of the scanning beam of a scanning optical system is based on the beam diameter in a stationary state measured by a light receiving element after a pinhole or slit is provided at a position corresponding to the surface of the photoreceptor. It is known that this is done depending on whether or not there is a point that changes rapidly.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional beam diameter measuring method, when the measurement is performed over the entire scanning range, for example, every 1 mm, the measurement time becomes enormous. In addition, since the beam is measured in a stationary state, there is a problem that the beam characteristics in the scanning state cannot be measured.
[0007]
As a method of measuring the scanning beam of the scanning optical system, it is configured to detect the dot position in the entire scanning system by combining the position measurement by the position detection unit of the moving means and the dot position at that position. Is also possible.
[0008]
In such a measuring apparatus, in consideration of measurement time, vibration, and the like, the beam position is adjusted while moving the two-dimensional sensor, which is a measuring means, in the main scanning direction instead of repeatedly moving and stopping at each measurement. It seems that there are many cases of measurement, but when the position is stored when the scanning reference signal is generated and the beam position in the entire scanning area is detected, an error in the measurement time as described below occurs. Since this cannot be ignored with respect to the position measurement error, it becomes a problem when performing position measurement with high accuracy.
[0009]
Below, the speed fluctuation of the moving mechanism and the effect on the position accuracy of the observation time will be described. That is, if the moving speed V (mm / sec) of the moving mechanism, the moving speed fluctuation δV (mm / sec), and the scanning frequency F (1 / sec) of one laser line, the moving amount of the moving mechanism in one line scanning time L (mm) is “L = (V + δV) / F”, and the movement amount error δL when the speed variation of the moving stage is about ± 10% is “δL = ± 0.1 · V / F”. When V = 100 and F = 2000, “δL = ± 5 * 10E-3 (mm) = ± 5 μm”.
[0010]
As a response to the deviation from the reference position, it can be considered that the trigger PD is attached to the front stage of the detection system, but adding the trigger PD not only complicates the apparatus configuration, There is a problem that the control configuration becomes complicated, for example, it is necessary to perform lighting control so that the scanning beam enters the trigger PD reliably.
[0011]
Also, in the above moving stage, if there is a fluctuation in the time interval from the position detection synchronization signal to the actual position detection, it also leads to an error in the beam position, and if there is a detection time fluctuation of 1 msec in the above setting In terms of position, it contains an error of 10 μm. Since the beam diameter of the scanning system is smaller than 100 μm, there is a problem that the measurement accuracy is remarkably lowered.
[0012]
Furthermore, in order to reduce this variation in detection time, it is necessary to configure the system with detection-dedicated hardware or a real-time OS that guarantees real-time performance in the μSec order, and is controlled by a general-purpose PC. Compared to the case, the cost of the apparatus increases.
[0013]
An object of the present invention is to measure all scanning system positions in the main scanning direction with high accuracy for a scanning optical apparatus.
[0014]
An object of the present invention is to reduce the influence of positional deviation in the sub-scanning direction caused by backlash and vibration of the mechanism in the sub-scanning direction, and to measure all scanning system positions in the main scanning direction with high accuracy.
[0015]
An object of the present invention is to improve the convenience of the high-precision measurement by comparing the measurement evaluation pattern and the detection system position.
[0016]
An object of the present invention is to improve the convenience of the high-precision measurement.
[0017]
An object of the present invention is to reduce manufacturing costs.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a reference position detecting means for detecting a reference position for starting scanning of a scanning beam output from a scanning optical device that performs exposure scanning of an electrostatic latent image, and an evaluation target pixel for scanning beam evaluation. An evaluation pattern generating means for generating a pattern, a light emitting element control means for controlling a light emitting element for irradiating light to a polygon mirror of the scanning optical device based on the pattern, and a light quantity distribution of the scanning beam received by the light receiving element. Light detecting means for detecting, moving means for moving the light receiving element in the main scanning direction, position detecting means for detecting the position of the light receiving element, and moving the light receiving element in the beam main scanning direction by the moving means The light detection means detects the scanning beam, stores the position of the light receiving element detected by the position detection means in synchronization with the scanning beam evaluation pattern, and stores the light. A measurement evaluation means by said light receiving element position detected by the scanning beam position detected by means output a position detection means for evaluating measuring the position of the scanning beam, which is to have the scanning beam measurement evaluation apparatus comprising a.
[0019]
Therefore, by acquiring the position information of the moving system in synchronization with the detection evaluation pattern, the positions of all the scanning systems in the main scanning direction can be measured with high accuracy.
[0022]
According to a second aspect of the invention, in the scanning beam measurement evaluation apparatus according to claim 1, measurement evaluation means is for storing the position of the light receiving element in synchronization with the scanning beam evaluation pattern generation section.
[0023]
Therefore, by acquiring the position information of the moving system in synchronization with the detection evaluation pattern, the positions of all the scanning systems in the main scanning direction can be measured with high accuracy.
[0024]
According to a third aspect of the present invention, in the scanning beam measurement / evaluation apparatus according to the first or second aspect , the measurement / evaluation means detects the scanning beam evaluation pattern and the position of the light receiving element which are set independently. In relation to the trigger position, the position of the light receiving element is stored in synchronization with a detection trigger signal generated at the trigger position when an actual scanning pattern is generated.
[0025]
Therefore, by acquiring the position information of the moving system in synchronization with the detection evaluation pattern, the positions of all the scanning systems in the main scanning direction can be measured with high accuracy.
[0026]
According to a fourth aspect of the present invention, in the scanning beam measurement evaluation apparatus according to any one of the first to third aspects, the measurement evaluation unit is determined by a pixel counter integrated value integrated from a reference position signal. The beam position is compared with the position of the light receiving element obtained from the position detecting means, and the position of the light receiving element is stored in synchronization with a predetermined condition.
[0027]
Therefore, the convenience of high-precision measurement can be improved by comparing the measurement evaluation pattern and the detection system position.
[0028]
According to a fifth aspect of the present invention, in the scanning beam measurement / evaluation apparatus according to the fourth aspect , the measurement evaluation unit includes a beam position determined from a pixel counter integrated value as a condition for storing the position of the light receiving element. The position of the light receiving element is stored in synchronization with the first pixel clock signal after the position of the scanning beam passes the position of the position detecting means from the position information of the position detecting means.
[0029]
Therefore, the convenience of high-precision measurement can be improved by comparing the measurement evaluation pattern and the detection system position.
[0030]
According to a sixth aspect of the present invention, the measurement evaluation unit stores in advance a beam position determined from a pixel counter integrated value corresponding to the position information of the position detection unit as a condition for storing the position of the light receiving element. The position of the light receiving element is stored in synchronization with the first pixel clock signal after the scanning beam passes through the corresponding position of the position detecting means.
[0031]
Therefore, the convenience of high-precision measurement can be improved by comparing the measurement evaluation pattern and the detection system position.
[0034]
Invention according to claim 7, in the scanning beam measurement evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the position detecting means, and outputs a pulse train signal, the evaluation pattern generating means The counter means for counting the number of pulses of the pulse train signal is provided.
[0035]
Therefore, the manufacturing cost can be reduced by providing the evaluation pattern generating means with a position storage function of the detection system.
[0036]
The invention according to claim 8 is provided with the scanning beam measurement evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 7 , and the position of the scanning beam of the scanning optical apparatus that performs exposure scanning of the electrostatic latent image by the apparatus. This is an electrophotographic image forming apparatus for measuring and evaluating the above.
[0037]
Therefore, the same operation and effect as the invention according to any one of claims 1 to 9 can be achieved.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described.
[0039]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a scanning beam measurement evaluation apparatus 1 which is an apparatus for measuring and evaluating a scanning beam of a scanning optical system in an electrophotographic image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. It is.
[0040]
This scanning beam measurement / evaluation apparatus 1 is set in the scanning optical unit 50 for measurement. A light receiving sensor for detecting the scanning start position of the scanning beam is used as the reference position detecting means, and the reference position signal from this sensor is hereinafter referred to as a synchronization signal.
[0041]
The scanning optical unit 50 performs scanning beam measurement evaluation on a laser diode (hereinafter referred to as LD) 12 that is a laser light source and a photodiode (hereinafter referred to as PD) 13 that is a light receiving sensor that detects a scanning start position of the scanning beam. A connector can be connected so that input / output can be performed with the apparatus 1. Further, a signal input / output to / from the rotary polygon mirror 14 can be connected to the connector.
[0042]
Accordingly, the scanning beam measurement / evaluation apparatus 1 irradiates the light beam from the LD 12 toward the reflection surface of the rotary polygon mirror 14, reflects the light beam, and causes the scanning optical unit 50 to scan. First, the light beam is irradiated onto the PD 13 to obtain a synchronization signal 16 that is a scanning start position of the scanning beam. Next, the light beam is scanned by a configuration such as an fθ lens 15 and focused on the photoreceptor image position R to form an image on a straight line.
[0043]
In the scanning beam measurement / evaluation apparatus 1, a CCD two-dimensional area sensor 20 is disposed as a detection means at the photoconductor image position R. Further, the CCD two-dimensional area sensor 20 can enlarge and detect a spot image of a scanning beam by an objective lens 21 that is a detachable magnifying optical element. Further, a slight positional deviation in the optical axis direction that occurs when the objective lens 21 is attached or detached can be finely adjusted by a moving stage (not shown) in the optical axis direction.
[0044]
The scanning beam measurement / evaluation apparatus 1 uses the lighting control unit 17 of the LD 12 based on the synchronization signal 16 obtained by the PD 13 to take the timing of light emission of the scanning beam and to trigger the capture of the CCD two-dimensional area sensor 20. Then, the camera trigger shutter 22 is opened to receive light. Here, the synchronization signal 16 is counted according to the number of surfaces of the rotary polygon mirror 14 (six surfaces in this example), so that the surface can be selected, and the light emission to the lighting control unit 17 of the LD 12 is performed only on a specific surface. It can also be used at the timing.
[0045]
After imaging by the CCD two-dimensional area sensor 20, the acquired image data is transferred to the data storage unit 32 via the controller box 40 in accordance with a command from the measurement unit CPU 41. At the same time, the position detection unit 25 transfers the position information of the imaging position acquired based on the trigger from the position detection PD 27 from the storage unit 34 to the measurement unit CPU 41.
[0046]
At this time, the position detection PD 27 detects the scanning beam so that the position information acquisition trigger is activated in accordance with the timing at which the scanning beam enters the detection system.
[0047]
The CCD two-dimensional area sensor 20 can be moved in the X-axis direction, which is the main scanning direction, by an X-axis moving stage 23. Thereby, the CCD two-dimensional area sensor 20 can detect the scanning beam at an arbitrary position in the scanning region. At this time, the X-axis movement stage 23 is driven by the mechanism control unit 24 from the measurement unit CPU 41 via the controller box 40. Further, the amount of movement of the X-axis moving stage 23 is measured by the position detection unit 25 using a linear scale 26 that is a position detection sensor (in addition, an optical side lengther, a laser microsensor, or the like can also be used). Thereby, the data acquisition position of the CCD two-dimensional area sensor 20 can be measured accurately and at high speed.
[0048]
The CCD two-dimensional area sensor 20 repeats the routine of acquiring the image data and transferring it to the data storage unit 32 over the entire scanning area while moving in the X-axis direction which is the main scanning direction. Get the data. Thereafter, the measurement evaluation of the linearity and the scanning line bending amount in the entire scanning area of the scanning optical system is completed by analyzing the light amount distribution data imaged by the signal processing unit 33.
[0049]
The measurement result is calculated by the measurement unit CPU 41, and based on the image data of the scanning beam, the linearity in the entire scanning area of the scanning optical system in the scanning line and the display of the scanning line bending amount are displayed on the display unit 42. Can be done.
[0050]
FIG. 2 shows a basic timing chart in the scanning beam lighting control unit 17. In FIG. 2, (a) is an LD basic signal. In order to obtain the synchronization signal 16 which is the scanning start position of the scanning beam, the PD 13 which is the light receiving sensor receives a certain amount of time in order to receive light reliably. The LD 12 emits light. (B) is a light reception trigger of the PD 13, which is a synchronization signal 16. At the falling timing of (b), the clock phase shift caused by the rotation unevenness of the polygon mirror 14 is adjusted, and the basic clock signal (pixel CLOCK) 19 of the optical writing system shown in (c) is generated. The signal (d) is a counter value (pixel counter) driven by this basic clock signal, and the counter is reset to 0 by the synchronization signal. Using this counter value, the actual LD 12 write timing (that is, the counter value) Position).
[0051]
The signal (e) is a signal for actually driving the LD 12 (Ld drive signal) based on a predetermined program in the measurement unit CPU 41, and a pattern can be output in comparison with the count value of (d). For example, in FIG. 2, Tp is set as a quaternary counter. Thus, the time interval of Tp can be set arbitrarily, and can be set as the time interval for causing the dots to emit light. Here, since the timing of the clock signal (c) is exactly the same as that of the synchronizing signal 16, the reproducibility of the position where the light emitting dot is struck is greatly improved by the LD drive signal (e). Can do.
[0052]
Next, the timing relating to the detection of the position of the mobile system is shown as a signal (g) according to the synchronization signal (b) (position detection trigger). Since the detection system moves, the detection system position changes every moment as in the signal (f), and the difference between the reference position and the actual evaluation pattern position becomes an error in the detection system position. If the delay time from the position detection trigger signal (g) until the position is actually stored as a system is Td, the moving system moves within this delay time. This leads to detection error of position information.
[0053]
In the case of a writing type having a resolution of 600 dpi for an A4 horizontal width of about 300 mm, at least the number of dots in the main scanning direction is “7000≈300 (mm) /25.4 (mm / inch) * 600 (dpi = dot / inch) ", the movement of the scanning time detection system and the jitter of the clock also lead to a decrease in measurement accuracy.
[0054]
As described above, when this influence is reduced by separately providing a position detection trigger PD and performing timing control or the like, the trigger PD and its measurement circuit are required, and the beam is surely entered into the trigger PD. It is necessary to control the light emission timing of the beam, which complicates the apparatus configuration.
[0055]
In contrast, the operation of the scanning beam measurement evaluation apparatus 1 will be described with reference to an example of a position detection trigger signal by the scanning beam measurement evaluation apparatus 1 shown in FIG. The trigger for storing the signal (g1) (position detection trigger) is synchronized with the rising edge of the pattern generation section signal of (e1), thereby performing stable position measurement of the detection system regardless of the position of the scanning system. The pattern generation section signal is for generating a scanning beam evaluation pattern for the evaluation target pixel.
[0056]
Further, the trigger for storing the signal (g2) is generated at the set value of the pixel counter signal (here, when the count value 101 rises). Thereby, stable position measurement of the detection system is possible regardless of the position of the scanning system, and when a delay time (the above Td) is actually written from the position detection trigger signal to the data storage unit 32, etc. There is an effect that it can be corrected.
[0057]
As described above, it is possible to reduce the difference between the pattern generation interval signal and the position detection time of the detection system and reduce the detection error, but in actual use as an apparatus, It is necessary to ensure that the light distribution part is captured by the detection system.
[0058]
The beam position scanned from the pixel counter value and the detection system position are measured from the detection system position detection means, respectively, and this correspondence corresponds to the change in the position of the detection system position detection means as shown in the graph of FIG. On the other hand, the pixel counter crosses many times (the Y axis is normalized so that the scanning width is 1). This corresponds to the scanning beam entering the detection system at the cross portion. In addition, the beam positions 1-8 shown in FIG. 4 show the beam position currently scanned for every time.
[0059]
In this way, by generating a position detection trigger signal based on the correlation between the beam position scanned from the pixel counter value and the detection system position, the light distribution part of the generated evaluation pattern is captured by the detection system. Can be guaranteed.
[0060]
As with the normalized detection system position Ps, a position detection trigger signal is generated at the first rising edge of the pixel that satisfies Pb> Ps at the normalized beam spot position Pb.
[0061]
Alternatively, if the linearity of the moving system and scanning beam is not sufficient, measure the correspondence between Pb and Ps in advance and save the correspondence in memory such as LUT, and Pb> LUT (Ps) (LUT supports The position detection trigger signal is generated at the first pixel rising edge that satisfies (Table).
[0062]
By these means, it is possible to automatically detect the moving system detection position with high accuracy without changing the evaluation dot row pattern over the entire system. The generation of the trigger for storing the signals (g1) and (g2) shown in FIG. 3 and the generation of the position detection trigger signal based on the correlation between the beam position being scanned and the detection system position are both predetermined. Since it occurs at the rise of the pixel counter value, it can be performed simultaneously. For example, if the rising edge of the first pixel that satisfies Pb > Ps and the rising edge of a predetermined pixel counter value for generating a trigger for storing the signals (g1) and (g2) shown in FIG. Good.
[0063]
In addition, the relationship between Pb and Ps described above is used when projecting a short pattern for evaluation of a limited spot (one, five, or six dot rows) instead of continuous dot row evaluation. Therefore, by automatically changing the pattern generation interval for the location where the current measurement system exists, and storing the pattern generation start position and the movement system detection position at that time together, There is no need to perform control from outside.
[0064]
Since the generation unit for the position detection trigger signal 28 synchronized with the pattern and the data storage unit 32 for storing the position of the PD 27 are provided, the trigger from the position detection PD 27 in the figure is not necessary.
[0065]
Further, by directly connecting the position detector 25 for detecting the position of the PD 27 and the means for outputting the pattern generation section signal, it is possible to reduce the influence of the delay time Td from the trigger signal until the position is stored. It becomes possible.
[0066]
Furthermore, the pulse train is directly connected to the inside of the means for outputting the pattern generation section signal to the position detection unit 25 that outputs pulses in the AB phase such as a linear sensor, a magnescale, an encoder, etc. By providing a counter function, it is possible to reduce the cost of the entire apparatus.
[0067]
With the configuration as described above, position detection timing control enables position measurement at the timing of actual sensor input, so it is possible to measure even minute positional deviations in the sub-operation direction caused by vibration, mechanism play, etc. Therefore, it is possible to measure the scanning beam position with high accuracy.
[0068]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the position information of the entire scanning system in the main scanning direction can be measured with high accuracy by acquiring the position information of the moving system in synchronization with the detection evaluation pattern.
[0070]
According to a second aspect of the invention, in the scanning beam measurement evaluation apparatus according to claim 1, by acquiring the position information of the synchronous moving system to the detection evaluation pattern, with high accuracy in the main scanning direction of the entire scanning system The position can be measured.
[0071]
According to a third aspect of the present invention, in the scanning beam measurement / evaluation apparatus according to the first or second aspect of the present invention, the position information of the moving system is acquired in synchronization with the detection evaluation pattern, so that all scanning in the main scanning direction can be performed with high accuracy. The position of the system can be measured.
[0072]
According to a fourth aspect of the present invention, in the scanning beam measurement evaluation apparatus according to any one of the first to third aspects, the convenience of high-precision measurement is improved by comparing the measurement evaluation pattern with the position of the detection system. Can do.
[0073]
According to the fifth aspect of the present invention, in the scanning beam measurement evaluation apparatus according to the fourth aspect , the convenience of high-precision measurement can be improved by comparing the measurement evaluation pattern and the detection system position.
[0074]
The invention described in claim 6 can improve the convenience of high-precision measurement in the scanning beam measurement evaluation apparatus according to claim 4 by comparing the measurement evaluation pattern with the position of the detection system.
[0076]
Invention according to claim 7, in the scanning beam measurement evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 6, by the evaluation pattern generating means, provided the position storage function of the detection system, it reduces manufacturing costs can do.
[0077]
The invention according to claim 8 can achieve the same operations and effects as the invention according to any one of claims 1 to 7 .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a scanning beam measurement evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a timing chart for explaining the operation of the scanning beam measurement evaluation apparatus.
FIG. 3 is a timing chart of the same.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the same.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Scanning beam measurement evaluation apparatus 12 Light emitting element 13 Light receiving element 50 Scanning optical unit

Claims (8)

静電潜像の露光走査を行う走査光学装置から出力される走査ビームの走査開始の基準位置を検出する基準位置検出手段と、
評価対象画素に走査ビーム評価用パターンを発生する評価パターン発生手段と、
前記走査光学装置のポリゴンミラーに光を照射する発光素子を前記パターンに基づき制御する発光素子制御手段と、
前記走査ビームの光量分布を受光素子で受光して検出する光検出手段と、
前記受光素子を主走査方向に移動する移動手段と、
前記受光素子の位置検出を行う位置検出手段と、
前記移動手段で前記受光素子をビーム主走査方向に移動しながら前記光検出手段で前記走査ビームを検出し、前記位置検出手段で検出される前記受光素子の位置を前記走査ビーム評価用パターンと同期して記憶して、前記光検出手段で検出した走査ビーム位置と位置検出手段で検出した前記受光素子位置とによって前記走査ビームの位置を測定評価する測定評価手段と、
を備えている走査ビーム測定評価装置。
A reference position detecting means for detecting a reference position for starting scanning of a scanning beam output from a scanning optical device that performs exposure scanning of the electrostatic latent image;
Evaluation pattern generating means for generating a scanning beam evaluation pattern on the evaluation target pixel;
A light emitting element control means for controlling a light emitting element for irradiating light to the polygon mirror of the scanning optical device based on the pattern;
A light detection means for receiving and detecting a light amount distribution of the scanning beam by a light receiving element;
Moving means for moving the light receiving element in the main scanning direction;
Position detecting means for detecting the position of the light receiving element;
The light detecting means detects the scanning beam while moving the light receiving element in the beam main scanning direction by the moving means, and the position of the light receiving element detected by the position detecting means is synchronized with the scanning beam evaluation pattern. Measurement and evaluation means for measuring and evaluating the position of the scanning beam by the scanning beam position detected by the light detection means and the light receiving element position detected by the position detection means,
A scanning beam measurement evaluation apparatus comprising:
測定評価手段は、走査ビーム評価用パターンの発生区間と同期して受光素子の位置を記憶するものである請求項に記載の走査ビーム測定評価装置。2. The scanning beam measurement evaluation apparatus according to claim 1 , wherein the measurement evaluation means stores the position of the light receiving element in synchronization with a generation period of the scanning beam evaluation pattern. 前記測定評価手段は、独立して設定されている走査ビーム評価用パターンと前記受光素子の位置の検出トリガ位置とにつき、実際の走査パターン生成時に前記トリガ位置で発生する検出トリガ信号と同期して前記受光素子の位置を記憶するものである請求項1または2に記載の走査ビーム測定評価装置。The measurement evaluation means synchronizes with a detection trigger signal generated at the trigger position when an actual scanning pattern is generated, with respect to the scanning beam evaluation pattern set independently and the detection trigger position of the position of the light receiving element. scanning beam measurement evaluation apparatus according to claim 1 or 2 position is for storing said light-receiving element. 前記測定評価手段は、基準位置信号から積算される画素カウンタ積算値により決定されるビーム位置と前記位置検出手段から得られる受光素子の位置とを比較し、あらかじめ決められた条件と同期して前記受光素子の位置を記憶するものである請求項1〜3の何れかの一に記載の走査ビーム測定評価装置。The measurement evaluation unit compares a beam position determined by a pixel counter integrated value integrated from a reference position signal with a position of a light receiving element obtained from the position detection unit, and synchronizes with a predetermined condition. The scanning beam measurement evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 3 , which stores a position of a light receiving element. 前記測定評価手段は、前記受光素子の位置を記憶する条件として、画素カウンタ積算値から決定されるビーム位置と位置検出手段の位置情報とから位置検出手段の位置を走査ビームの位置が通りすぎた後の最初の画素クロック信号に同期して受光素子の位置を記憶するものである請求項に記載の走査ビーム測定評価装置。As a condition for storing the position of the light receiving element, the measurement evaluation means passes the position of the position detection means from the beam position determined from the integrated value of the pixel counter and the position information of the position detection means. 5. The scanning beam measurement and evaluation apparatus according to claim 4 , wherein the position of the light receiving element is stored in synchronization with a subsequent first pixel clock signal. 前記測定評価手段は、前記受光素子の位置を記憶する条件として、前記位置検出手段の位置情報に対応する画素カウンタ積算値から決定されるビーム位置をあらかじめ記憶しておき、前記位置検出手段の対応位置を走査ビームが通りすぎた後、最初の画素クロック信号に同期して受光素子位置を記憶するものである請求項に記載の走査ビーム測定評価装置。The measurement evaluation unit stores in advance a beam position determined from a pixel counter integrated value corresponding to the position information of the position detection unit as a condition for storing the position of the light receiving element. 5. The scanning beam measurement and evaluation apparatus according to claim 4 , wherein the position of the light receiving element is stored in synchronization with the first pixel clock signal after the scanning beam passes through the position. 前記位置検出手段は、パルス列信号を出力するものであり、
前記評価パターン発生手段は、当該パルス列信号のパルス数をカウントするカウンタ手段を備えている請求項1〜6の何れかの一に記載の走査ビーム測定評価装置。
The position detection means outputs a pulse train signal,
The scanning beam measurement evaluation apparatus according to claim 1 , wherein the evaluation pattern generation unit includes a counter unit that counts the number of pulses of the pulse train signal.
請求項1〜7の何れかの一に記載の走査ビーム測定評価装置を備え、当該装置により静電潜像の露光走査を行う走査光学装置の走査ビームの位置を測定評価するものである電子写真方式の画像形成装置。An electrophotographic apparatus comprising the scanning beam measurement evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 7 , wherein the scanning beam position of a scanning optical apparatus that performs exposure scanning of an electrostatic latent image is measured and evaluated by the apparatus. Type image forming apparatus.
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