JP4490059B2 - 光ビーム走査装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
複数のレーザ光ビームにより単一の感光ドラム上を同時に走査露光して上記感光ドラム上に単一の静電潜像を形成するデジタル複写機やレーザプリンタなどの画像形成装置において、上記複数のレーザ光ビームを走査する光ビーム走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば、レーザ光ビーム（以降、単に光ビーム）による走査露光と電子写真プロセスとにより画像形成を行うデジタル複写機が種々開発されている。
【０００３】
最近では、画像形成速度の高速化を図るために、マルチビーム方式、つまり、複数の光ビームを発生させ、これら複数の光ビームにより複数ラインずつの同時走査が行われるようにしたデジタル複写機が開発されている。
【０００４】
従来、このようなマルチビーム方式のデジタル複写機では、高画質で画像を形成するために、前記光学ユニットにおいては、光ビームの走査方向露光位置制御（主走査方向のビーム位置制御）および光ビームの通過位置制御（副走査方向の光ビーム位置制御）が行われている。
【０００５】
このような技術の具体例が下記特許文献１に開示されている。この公報では、光ビーム通過位置を高精度で広範囲に検知して、光ビームの位置制御を行うことを目的とし、１対のセンサパターンが感光ドラムの表面を走査する光ビームの副走査方向通過位置を検知する。また、下記特許文献２では、光ビームを検知する対のセンサを、のこぎり歯状の２つのパターンから構成したものが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平２００１−９１８７２号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００２−２８７０５４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ビームの副走査方向通過位置を制御する場合、レーザパワーが標準値より高い場合、位置検出感度は向上するが、測定レンジが狭くなってしまい、２ビーム間距離の測定が不可能になる場合がある。また、フル制御すなわち副走査及び主走査制御の終了後、スタンバイ制御（固定ビームの位置を確認後、固定ビームと可動ビームとの間隔が目標間隔に近づくように可動ビームを１ｓｔｅｐずつ動かす制御）を行う。しかし、ガルバノミラーのドリフトが大きいと、スタンバイ制御時になかなか可動ビームを目標位置に制御出来ず、その状態で画像形成を行うとピッチズレが起きてしまう。
【０００９】
従って本発明は、レーザパワーが高い場合でもビーム副走査方向位置を検出し、更に従来より高い精度で該ビーム位置を検知できる光ビーム走査装置を提供することを主な目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光ビーム走査装置は、光ビームを発生するビーム発生器と、前記ビーム発生手段から発生される光ビームを被走査面へ向けて反射し、前記光ビームにより前記被走査面を主走査方向に走査する光ビーム走査手段と、前記光ビーム走査手段により走査される光ビームの通過位置を変更する光ビーム通過位置変更手段と、前記光ビームの走査方向と直交する副走査方向のビーム通過位置変化に対してその検知結果出力が連続的に変化する通過位置検知手段と、前記光ビームの通過位置が目標通過位置と一致していない場合、光ビームの通過位置が目標位置になるように、前記光ビーム通過位置変更手段の指示値を変更する光ビーム通過位置制御手段と、を具備し、前記光ビーム通過位置制御手段は、前回と同じ方向に指示値を変更する場合、前回前記光ビーム通過位置変更手段に指示した変更量よりも大きい変更量を前記光ビーム通過位置変更手段に指示することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本実施例に係る光ビーム走査装置が適用される画像形成装置としてのデジタル複写機の構成を模式的に示す。このデジタル複写機は、例えば画像読取手段としてのスキャナ部１と画像形成手段としてのプリンタ部２から構成されている。
【００１３】
スキャナ部１では原稿０が原稿台ガラス７上に下向きに置かれ、原稿０は開閉自在に設けられた原稿固定用のカバー８を閉めることで原稿台ガラス７上に押さえつけられる。
【００１４】
原稿０は光源９で照射され、原稿０からの反射光がミラー１０，１１，１２及び集光レンズ５を介し、光電変換素子６のセンサ面上に結像される。第１キャリジ３は光源９とミラー１０で構成され、第２キャリジ３はミラー１１，１２で構成される。
【００１５】
以上のようにして原稿ガラス７上に置かれた原稿０は１ライン毎に順次読み取られ、光電変換素子６により反射光である光信号の強度に応じたアナログ電気信号に変換される。その後、変換されたアナログ電気信号は、図示しない画像処理部により画像の濃淡を示すデジタル信号に変換され、レーザ光学系ユニット１３に出力される。
【００１６】
プリンタ部２は、光学系ユニット１３及び非画像形成媒体である用紙Ｐ上に画像形成が可能な電子写真方式を組み合わせた画像形成部１４で構成されている。即ち、原稿０からスキャナ部１で読取られた画像信号は、図示しない画像処理部でデジタル信号に変換された後、半導体レーザ発振器からの光ビームに変換される。本発明の画像形成装置では半導体レーザを複数個（例えば２個）使用するマルチビーム光学系が採用されている。
【００１７】
光学系ユニット１３内に設けられた複数の半導体レーザ発振器は、図示しない画像処理部から出力されるレーザ変調信号に従い発光動作を行い、複数の光ビームを発生する。これら複数の光ビームは、ポリゴンミラーで反射されて走査光となり、ユニット外部へ出力される。光学系ユニット１３の詳細については後述する。
【００１８】
光学系ユニット１３から出力される複数の光ビームは、像担持体としての感光ドラム１５上の露光位置Ｘの地点に、必要な解像度を持つスポット光として結像され、感光ドラム１５上を主走査方向（感光体ドラムの回転軸方向）に走査する。
【００１９】
画像を形成する像担持体である感光体ドラム１５の周辺には、その表面を帯電する帯電器１６、現像器１７、転写チャージャ１８、剥離チャージャ１９及びクリーナ２０が配置されている。感光体ドラム１５は、図示しない駆動モータにより所定の外周速度で回転駆動され、その表面に対向して設けられている帯電器１６によって帯電される。
【００２０】
帯電した感光体ドラム１５上の露光位置Ｘに光が照射されると静電潜像が形成される。現像器１７からの現像剤であるトナーが感光体ドラム１５で現像される。現像により感光体ドラム１５上にはトナー像が形成され、転写位置の地点で用紙Ｐ上に転写チャージャ１８により前記トナー像が転写される。
【００２１】
上記給紙系は底部に設けられた給紙カセット２１内の用紙Ｐを、給紙ローラ２２と分離ローラ２３により１枚ずつ分離する。その後、用紙Ｐはレジストローラ２４まで送られ、所定のタイミングで転写位置まで供給される。転写チャージャ１８の下流側には用紙搬送機構２５、定着器２６、画像形成済みの用紙Ｐを排出する排出ローラ２７が配置されている。これにより、トナー像が転写された用紙Ｐは、定着器２６においてトナー像が用紙Ｐに定着し、その後、排紙ローラ２７を経て外部の排紙トレイ２８に排紙される。
【００２２】
また、用紙Ｐへの転写が終了した感光体ドラム１５は、その残留トナーがクリーナ２０によって取り除かれ初期状態に復帰し、次の画像形成の待機状態となる。
【００２３】
次に光学系ユニット１３について説明する。
【００２４】
図２は、光学系ユニット１３の構成と感光ドラム１５の位置関係を示している。光学系ユニット１３は、例えば２つの光ビーム発生手段としての半導体レーザ発振器３１ａ，３１ｂを内蔵していて、それぞれのレーザ発振器３１ａ，３１ｂが同時に１走査ラインずつの画像形成を行うことで、ポリゴンミラー３５の回転数を上げることなく高速で画像形成を可能としている。
【００２５】
即ちレーザ発振器３１ａはレーザドライバ３２ａで駆動され、出力される光ビームは、図示しないコリメータレンズ通過後、ハーフミラー３４を通過し、回転多面鏡としてのポリゴンミラー３５に入射する。
【００２６】
ポリゴンミラー３５は、ポリゴンミラードライバ３７で駆動されるポリゴンモータ３６により一定速度で回転されている。これにより、ポリゴンミラー３５からの反射光は、ポリゴンモータ３６の回転数で定まる角速度で一定方向に走査光となり、図示しないｆ−θレンズを通過し、一定速度で光ビーム通過位置検知手段としての光ビーム相対位置センサ３８の受光面及び感光ドラム１５上を走査する。
【００２７】
レーザ発振器３１ｂはレーザドライバ３２ｂで駆動され、出力される光ビームは、図示しないコリメータレンズ通過後、光路変更手段としてのガルバノミラー３３に入射する。ガルバノミラー３３で反射された光ビームは、ハーフミラー３４を通過し、ポリゴンミラー３５に入射する。ポリゴンミラー３５以降の光路は、上述したレーザ発振器３１ａの場合と同様に図示しないｆ−θレンズを通過し、一定速度で光ビーム相対位置センサ３８の受光面及び感光ドラム１５上を走査する。なお、レーザドライバ３２ａ，３２ｂは、各々オートパワーコントロール（ＡＰＣ）機能を有しており、後述の主制御部（ＣＰＵ）５１から設定された発光パワーレベルを保つようにレーザ発振器３１ａ，３２ｂを発光動作させる。
【００２８】
このようにして別々のレーザ発振器３１ａ，３１ｂから出力された各光ビームは、ハーフミラー３４で合成され、２つの光ビームがポリゴンミラー３５の方向に進む。
【００２９】
従って２つの光ビームは、同時に感光ドラム１５上を走査することができ、従来のシングルビームの場合と比較して、ポリゴンミラー３５の回転数が同じである場合は、２倍の速度で画像の記録が可能となる。
【００３０】
ガルバノミラー３３は、ガルバノミラー駆動回路３９により駆動され、レーザ発振器３１ａから出力された光ビームに対し、レーザ発振器３１ｂから出力された光ビームの副走査方向の位置を調整（制御）する。
【００３１】
また、光ビーム検知装置３８には、その取付位置及び光ビームの走査方向に対する傾きを調整するための光ビーム検知装置調整モータ３８ａ，３８ｂが設けられている。
【００３２】
光ビーム検知装置３８は、上記２つの光ビームの通過位置、通過タイミング及び通過時のレーザ光の光量を検知する。光ビーム検知装置３８は、受光面が感光ドラム１５の表面と等価になるよう感光ドラム１５端部近傍に配設されている。また、光ビーム検知装置３８は、図示しない折り返しミラーを用いてポリゴンミラー３５により走査された光ビームを反射し、前記図示しない折り返しミラーにより反射された光ビームの延長線上かつ受光面が感光ドラム１５の表面と等価となるように配設してもよい。
【００３３】
この光ビーム検知装置３８からの検知信号を基に、各々のレーザ発振器に対応する発光パワーの制御、レーザ発振器３１ｂからの光ビームが入射するガルバノミラー３３の制御（副走査方向の画像形成位置制御）及び発光タイミングの制御（主走査方向の画像形成位置制御）が行われる（詳細は後述）。これらの制御を行うための信号を生成するために、光ビーム検知装置３８には、光ビーム検知装置出力処理回路４０が接続されている。
【００３４】
次に制御系について説明する。
【００３５】
図３は、主にマルチビーム光学系の制御部の構成を示している。主制御部５１は、全体的な制御を司る部分であり、ＣＰＵなどから構成される。この主制御部５１にはメモリ５２、コントロールパネル５３、外部通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）５４、レーザドライバ３２ａ，３２ｂ、ポリゴンモータドライバ３７、ガルバノミラー駆動回路３９、光ビーム検知装置出力処理回路４０、同期回路５５及び画像データインタフェース（Ｉ／Ｆ）５６が接続されている。
【００３６】
同期回路５５には、画像データインタフェース（Ｉ／Ｆ）５６が接続されており、画像データＩ／Ｆ５６には画像処理部５７及びページメモリ５８が接続されている。画像処理部５７には、スキャナ部１が接続され、ページメモリ５８には外部インタフェース（Ｉ／Ｆ）５９が接続されている。
【００３７】
ここで、画像を形成する際の画像データの流れを以下に簡単に説明する。
【００３８】
まず複写機動作の場合、前述のように、原稿台７上にセットされた原稿０の画像は、スキャナ部１で読取られ画像処理部５７へ送られる。画像処理部５７は、スキャナ部１からの画像信号に対し、例えば周知のシェーディング補正、各種フィルタリング処理、階調処理及びガンマ補正などを施す。
【００３９】
画像処理部５７からの画像データは、画像データＩ／Ｆ５６へ送られる。画像データＩ／Ｆ５６は、２つのレーザドライバ３２ａ，３２ｂへ画像データを振り分ける役割を果たす。
【００４０】
同期回路５５は、各光ビームの光ビーム検知装置３８上を通過するタイミングに同期したクロックを発生し、このクロックに同期して画像データＩ／Ｆ５６から各レーザドライバ３２ａ，３２ｂへ画像データをレーザ変調信号として出力する。
【００４１】
また、同期回路５５は、非画像形成領域で各レーザ発振器３１ａ，３１ｂを強制的に発光動作させ各光ビームの出力パワーを制御するためのサンプルタイマや、光ビーム検知装置３８上を各光ビームが走査するときにレーザ発振器３１ａ，３１ｂを発光動作させ各光ビームの主走査方向位置を検知するための論理回路などが含まれている。
【００４２】
このようにして各光ビームの走査と同期を取りながら画像データを転送することで、主走査方向に同期が取れた（正しい位置の）画像形成が行われる。
【００４３】
コントロールパネル５３は、複写動作の起動や枚数指定などを行うマンマシンインタフェースである。
【００４４】
本デジタル複写機は、複写動作のみではなくページメモリ５８に接続された外部Ｉ／Ｆ５９を介して外部から入力される画像データを画像形成することが可能な構成となっている。なお、外部Ｉ／Ｆ５９から入力される画像データは、一旦ページメモリ５８に格納された後、画像データＩ／Ｆ５６を介して同期回路５５へ送出される。
【００４５】
また、本デジタル複写機が、例えばネットワークなどを介し外部から制御される場合には、外部通信Ｉ／Ｆ５４がコントロールパネル５３の役割を果たす。
【００４６】
ガルバノミラー駆動回路３９は、主制御部５１からの指示値に従ってガルバノミラー３３を駆動する回路である。従って主制御部５１は、ガルバノミラー駆動回路３９を介し、ガルバノミラー３３の角度を自由に制御することができる。
【００４７】
ポリゴンモータドライバ３７は、先に述べた２つの光ビームを走査するポリゴンミラー３５を回転させるためのポリゴンミラーモータ３６を駆動するドライバである。主制御部５１は、このポリゴンモータドライバ３７に対し、回転開始、回転停止及び回転数の切り換えを行うことができる。回転数の切り換えは、光ビーム検知装置３８により光ビームの通過位置を確認する際、必要に応じて所定の回転数よりも低くする場合に用いる。
【００４８】
レーザドライバ３２ａ，３２ｂは、前述のように画像データに従ってレーザ光を発光させる以外に、主制御部５１からの強制発光信号により、画像データとは無関係に強制的なレーザ発振器３１ａ，３１ｂの発光動作を行う機能を有している。
【００４９】
また、主制御部５１は、各々のレーザ発振器３２ａ，３２ｂが発光する光ビームのパワーを各レーザドライバ３１ａ，３１ｂを用いて設定する。発光パワーの設定は、感光ドラム１５の潜像形成条件の変化や、光ビーム通過位置検知などに応じて変更される。
【００５０】
メモリ５２は、制御に必要な情報を記憶するためのものである。例えば、ガルバノミラー３３の制御量、光ビーム通過位置検知を行うための回路特性（増幅器のオフセット量）及び光ビームの到来順序などを記憶することで、電源投入後即座に光学系ユニット１３を画像形成可能な状態にすることができる。
【００５１】
次に本発明の第１の実施例について説明する。
【００５２】
第１の実施例は、１つの光ビームを走査するシングルビーム光学系を有する光ビーム走査装置にも適用できる。先ず、本発明に係るガルバノミラー角度調整及び光ビーム通過位置調整の原理を示す。
【００５３】
図４は、ガルバノミラー３３の角度を指示するための調整手段を２つ有する場合の、ガルバノミラー駆動回路３９の構成を示したブロック図である。
【００５４】
ガルバノミラー３３は、主制御部５１により角度指示データを与えられることで角度が制御される。この角度指示データは、ガルバノミラー駆動回路３９内のセレクタ４３へ入力され、前記主制御部５１からの調整手段選択信号により、後段のラッチ４４ａ，４４ｂのいずれかへ制御データを選択的に出力する。ラッチ４４ａ，４４ｂは、前記セレクタ４３より得られたデータを主制御部５１からのデータ更新処理が行われるまで保持する。Ｄ／Ａ変換器４５ａ，４５ｂに入力されたガルバノミラー制御データは、デジタル信号をアナログ信号に変換し、反転増幅器４８へ入力される。この反転増幅器４８による反転増幅出力は、ドライバ４６へ入力され、反転増幅器４８の出力電圧に従ってガルバノミラー３３を駆動制御する。
【００５５】
光ビーム検知装置３８は、光ビームの通過位置を検知するためのセンサパターンである。図５は、このセンサパターンとその周辺構成を示した主要ブロック図である。センサパターンは、例えばフォトダイオードで構成されており、センサパターン上を、走査された光ビームが通過したとき、光エネルギが電気エネルギに変換され図示しない電流／電圧変換器により電圧として出力される。光ビームが各センサ上を通過した後は、センサ出力は０となる。
【００５６】
センサパターンＳＯ，ＳＰは、三角形や台形で、対称的に所定の間隔を置いて配設される。ＳＯ，ＳＰの各出力は、差動増幅器６９に入力され適当なゲインで差分演算された後、積分器７５で積分処理される。
【００５７】
光ビームの副走査方向の移動により、それぞれのセンサパターン上を光ビームが通過する時間が連続的に変化し、積分出力がこの光ビーム通過位置変化に対応して変化する。
【００５８】
また、センサパターンＳＬは、前記積分器７５の初期化を行うためのパターンであり、図示しないセンサＳＡとの組み合わせによりリセット信号生成回路７３によりリセット信号を生成する。即ち、光ビームの通過に伴いＳＡ，ＳＬの電圧変動が生じる。このＳＡとＳＬを光ビームが通過する間に前記積分器７５がリセットされる。更に、リセット直後にＳＯ，ＳＰの出力信号による積分動作を行う。
【００５９】
また、センサパターンＳＲは、積分器７５による出力電圧をデジタル信号に変換するための変換開始信号を生成するためのパターンである。ＳＲを光ビームが通過したことによる電圧変動は、変換開始信号生成回路７４により変換開始信号を生成する。この信号によりＳＯ，ＳＰの積分結果は、Ａ／Ｄ変換器などの信号変換器によりデジタル信号に変換され主制御部５１へ出力される。
【００６０】
図６は、光ビーム通過位置と積分器７５の積分出力特性（位置検出特性）を示している。光ビームの副走査方向の移動により積分出力が連続的に変化する。センサパターンＳＯ，ＳＰの中央を光ビームが通過した場合、積分出力はＶｒｅｆとなる。また、ビーム通過位置が図面上、下側に移動すると積分出力はＶｒｅｆよりも低下し、逆に上側に移動すると積分出力はＶｒｅｆよりも上昇する。
【００６１】
従って、ＳＯ，ＳＰによる出力の積分結果をモニタすることで、センサパターン上の光ビーム通過位置を検知することができる。
【００６２】
更にこの検知結果に基づき主制御部５１により光ビームの通過位置を所望の通過位置に補正するデータを各光ビームに対応するガルバノミラー駆動回路３９へ送出することで光ビーム通過位置を所望の通過位置に制御することができる。
【００６３】
図５の光ビーム検知装置３８及び光ビーム検知装置出力処理回路４０を使用した複数光ビームを所望の通過位置に制御する方法について説明する。
【００６４】
マルチビーム光学系は、２つのレーザ発振器を有し、各々の光ビームを副走査方向に移動させるための２つの光アクチュエータ（ガルバノミラーなど）を有する２ビームのマルチビーム光学系を想定し説明する。本マルチビーム光学系は、例えば６００ｄｐｉの解像度を有するものとする。
【００６５】
光ビーム検知装置３８は図６に示すような積分出力特性を有する。従って、
（ＶMAX −Ｖmin）／ｈ＝Ｖunit ［Ｖ／μｍ］
とすると、２つの光ビームを解像度６００ｄｐｉ（ドット間距離：４２．３μm）に調整するためには、光ビームの積分出力の差が約Ｖunit×４２．３［Ｖ］となるように、各レーザ発振器から出力される光ビームに対応するガルバノミラーを調整すればよい。
【００６６】
図７は、本実施例に係る光ビーム検知装置３８の構成を示している。この光ビーム検知装置３８は、９つのセンサパターンＳＧ，ＳＬ，ＳＳ，ＳＲ，ＳＩ，ＳＪ，ＳＫ，ＳＯ，ＳＰで保持基板３８上に構成されている。
【００６７】
センサパターンＳＩ，ＳＪ，ＳＫは、光ビームの副走査方向に所定のピッチで平行に配設されている。ＳＪ−ＳＫ間は第１の光ビームの通過目標、ＳＪ−ＳＩ間は第２の光ビームの通過目標であり、ＳＪ，ＳＩ，ＳＫは光ビームが各通過目標を通過したことを確認するためのものである。ＳＩ，ＳＪ，ＳＫの光ビーム通過位置と積分出力特性の関係は、図８に示すように各通過目標の中央を光ビームが通過した場合、積分出力はＶｒｅｆとなり、通過目標からずれるに従い連続的に積分出力が変化するような特性を有する。
【００６８】
図９は、図７のような光ビーム検知装置３８を用いた場合の光ビーム検知装置出力処理回路４０とその周辺構成を示している。この例では、相対位置センサＳＯ，ＳＰとして鋸歯状の形状を有するフォトセンサが適用されている。
【００６９】
センサパターンＳＧ，ＳＬは、積分器７５のリセット信号を生成するためのパターンである。センサＳＩ、ＳＪ、ＳＫの光検知出力は、それぞれ電流／電圧（Ｉ／Ｖ）変換器６０〜６２により電流／電圧変換され、差動増幅器６３，６４に供給される。差動増幅器６３はセンサＳＩ、ＳＪ検知出力の差分を出力し、差動増幅器６４はセンサＳＪ、ＳＫ検知出力の差分を出力する。差動増幅器６３、６４の出力は、アナログマルチプレクサ７２により選択的に積分器７５に供給され積分される。
【００７０】
センサパターンＳＰ，ＳＯからの電流出力は、電流電圧変換アンプ６５，６７によって電圧信号に変換された後に差動増幅器６６，６８に入力される。電流電圧変換アンプ６５，６７出力電圧は、補正パルス発生器７０、加算器７１、及び差動増幅器６６，６８により、その振幅が補正され差動増幅器６９に供給される。尚、センサＳＰ、ＳＯの出力信号振幅の補正については後述される。差動増幅器６９の出力信号は、アナログマルチプレクサ７２を介して積分器７５に供給され積分される。
【００７１】
ＳＧ、ＳＬの各出力及び主制御部５１（以下ＣＰＵ５１という）からのセンサ選択信号に応じて、積分リセット選択回路７３は、積分器７５のリセット動作を行う。積分器７５はリセット後、アナログマルチプレクサ７２により選択されたセンサからの出力による積分動作を開始する。
【００７２】
変換開始信号選択回路７４は、センサパターンＳＬ、ＳＲからのセンサ出力及びＣＰＵ５１からの選択信号に応じて、Ａ/Ｄ変換開始信号を生成する。この変換開始信号の発生タイミングで、アナログマルチプレクサ７２により選択された差動増幅器出力の積分結果が、Ａ/Ｄ変換器７６によりデジタル信号に変換される。
【００７３】
このような構成で、マルチビーム光学系の光ビーム相対位置制御について以下に説明する。
【００７４】
まず固定光ビーム（本実施例では半導体レーザ発振器３１ａから発光されるビームａ）のセンサ応答を確認する。ＣＰＵ５１によりセンサＳＯ，ＳＰを選択し、センサＳＬによる積分リセット信号を用いて、ＳＯ，ＳＰの差分出力ＶＤ１の積分を開始する。積分器７５の出力（差分出力積分値）は、センサＳＲによる変換開始信号の発生タイミングで、Ａ/Ｄ変換器７６によりＡ/Ｄ変換され、ＣＰＵ５１はこの値を記憶する。
【００７５】
次に、移動可能な光ビーム（本実施例では半導体レーザ発振器３１ｂから発光されるビームｂ）を用いてセンサＳＩ，ＳＪ，ＳＫの通過目標を通過するようにガルバノミラー３３を制御する。
【００７６】
ＣＰＵ５１によりセンサＳＪ，ＳＫを選択し、移動可能な光ビームの通過位置を、該第１の通過目標（センサＳＪ，ＳＫの中心位置）に追込む。このとき、光ビームを目標付近に移動するには粗調整Ｄ／Ａを用い、最終位置調整には、微調整Ｄ／Ａを用いることで制御時間を短縮できる。
【００７７】
第１の通過目標に光ビーム通過位置追込みを終了後、ＣＰＵ５１によりセンサＳＯ，ＳＰを選択し、このときのＳＯ，ＳＰの差分出力積分値ＶJKを記憶する。
【００７８】
同様に該第２に通過目標（センサＳＩ，ＳＪの中心位置）に光ビームを移動させ、終了後ＳＯ，ＳＰの積分出力ＶJIを記憶する。
【００７９】
２つの通過目標におけるＳＯ，ＳＰの差分出力積分値と通過目標の間隔Ｄｒｐにより、
（ＶJK−ＶJI）／Ｄｒｐ ＝Ｖunit ［Ｖ／μｍ］
を得られる。従って、光ビームを６００ｄｐｉの解像度に調整するには、固定光ビームによるセンサＳＯ，ＳＰの差分出力積分値と移動可能な光ビームによる差分出力積分値の差が、４２．３×Ｖunit［Ｖ］であればよい。ＣＰＵ５１は固定光ビームによるセンサＳＯ，ＳＰの差分出力積分値と移動可能な光ビームによる差分出力積分値の差が、４２．３×Ｖunit［Ｖ］になるように、移動可能な光ビームの通過位置を制御する。
【００８０】
図１０は、副走査制御のおおまかなフロー図である。
【００８１】
図１１は基準ピッチセンサＳＩ，ＳＪ，ＳＫと相対位置センサＳＯ，ＳＰと相対位置センサの出力を示したグラフである。基準ピッチセンサＳＩ，ＳＪ，ＳＫは相対位置検知制御の説明で述べられているように、光ビームの通過位置確認及び制御に用いる。光ビームの通過位置を検知する場合には、基準ピッチセンサＳＩ，ＳＪ，ＳＫから、センサＳＩ，ＳＪ、センサＳＪ，ＳＫのいずれかの組み合わせを選択し、ビームａがセンサ上を走査した際に出力される電流をＩ／Ｖ変換し、それぞれの差をとり、差分出力を得ることによって、ビーム位置を検知することが出来る。
【００８２】
相対位置制御はまず、図１１の基準ピッチセンサＳＪ，ＳＫの中心位置Ｐｊｋに可動ビームａの位置が収束するように可動ビームａを追い込む（以下単に移動するという）。そして、相対位置センサＳＯ，ＳＰの差分出力積分値（電圧Ｖ1）を記憶する。次に同様に、図１２のように基準ピッチセンサＳＩ，ＳＪの中心位置Ｐｉｊに可動ビームａを移動し、そのときの相対位置センサＳＯ，ＳＰの差をとり、その差分を積分した値（電圧Ｖ2）を記憶する。
【００８３】
図１３は図１１及び図１２を合成した図である。中心位置Ｐｊｋと中心位置Ｐｉｊ間の距離Ｄｒｐは、信号のＳ／Ｎ比を改善するために、必要な解像度の整数倍の距離に設定されている。例えば６００ｄｐｉだと４２．３μｍの２倍の８４．６μｍに設定されている。以下、中心位置Ｐｊｋと中心位置Ｐｉｊ間の距離Ｄｒｐを基準ピッチと呼び、この基準ピッチＤｒｐは８４．６μｍに設定されているものとして説明を続ける。図１３のように”Ｖ1 −Ｖ2 ”は基準ピッチに対応する電圧差である。
【００８４】
尚、センサＳＪ、ＳＫはビーム位置検知部（センサＳＰ，ＳＯ）から主走査方向に離れており、第２の通過目標位置（Ｐｊｋ）を含む領域上に配置され、光ビームが該第１の通過目標位置を通過していることを確認するための第１の位置確認部として機能する。センサＳＩ、ＳＪはビーム位置検知部（センサＳＰ，ＳＯ）から主走査方向に離れており、第２の通過目標位置（Ｐｉｊ）を含む領域上に配置され、光ビームが該第２の通過目標位置を通過していることを確認するための第２の位置確認部として機能する。
【００８５】
ここで、相対位置センサの出力信号処理回路の構成は複数のオペアンプを有し、各センサが検知した電気信号の差を積分器により積分するような構成になっている。オペアンプの出力にオフセットが有る場合、図１４のように出力電圧変化領域がずれる。相対位置センサは感度を良くするために測定レンジが狭くなっているため、オフセットがあるとビーム通過位置の検出が不可能となる。従って図１５のように、ビーム位置が測定できるところまでオフセット補正を行ってから測定、制御を行う。
【００８６】
ここでオフセット補正について説明する。
【００８７】
ビーム相対位置センサＳＯ，ＳＰは、ビームの通過位置を広範囲に検知するために、副走査方向に比較的大きなサイズで形成されている。ただし、その一方で、高精度にビーム通過位置を検知しなければならないため、図９の補正パルス発生器７０等を用いて検知レンジを切り換えて、「広範囲を高精度に検知する」といった要求を満たしている。すなわち、ビームの通過位置に応じて、適切な検知レンジを選択してビーム検知及び制御を行う。
【００８８】
ビーム通過位置を高精度に検知するためには、ビーム検知システムの感度（副走査方向ビーム移動距離に対する電圧値）を大きくすればよい。例えば、走査ビームのレーザ光量を大きくしたり、また、Ｉ／Ｖ変換器や差動増幅器の増幅率を大きくしたり、また、積分器の積分定数を小さく（敏感に）することによって、ビーム検知システムの感度は向上する。但し、これらの方法では、ビーム通過位置検知システムを構成する電気回路の出力電圧範囲が有限であるため、高精度に検知することは可能でも、広範囲に検知することはできない。
【００８９】
そこで、感度は上記のままで、広範囲に検知することが可能な、センサ出力補正システムが考案された。検知システムの出力電圧が、回路の上限／下限に達してしまうのは、センサＳＯ，ＳＰいずれかのセンサ出力が大きいため、その差分出力ＶＤ１が電源電圧やＧＮＤ近傍の電圧に飽和するからである。よって、この飽和を防ぐためには、大きい方のセンサ出力を小さくしてやればよい。補正パルス生成回路７０は、センサＳＯ，ＳＰいずれかの大きい方のセンサ出力を小さくするために、補正パルスを発生する。この大きい方のセンサ出力は、補正パルスの振幅値だけ減少される。この結果、差動増幅器６９の出力の飽和すなわち積分器７５の飽和が防止される。
【００９０】
以下、センサ出力の補正動作を具体的に説明する。ここでは図９に示すように、光ビームが１対のセンサパターンＳＰ、ＳＯのセンタ位置よりも下側の位置を通過する場合を想定して回路動作を説明する。
【００９１】
まず、上記補正パルス生成回路７０の補正パルス振幅が基準電圧に設定されている状態、つまり補正無しの状態でビーム位置検知処理を行う。尚、電流電圧変換器６５，６７の出力電圧は、センサＳＰ，ＳＯの出力がないとき、上記基準電圧にバイアスされている。このビーム位置検知処理により主制御部（ＣＰＵ）５１には、Ａ／Ｄ変換器７６を介して積分器７５からの出力信号ＩＮＴが供給される。ＣＰＵ５１は、積分器７５の出力信号ＩＮＴが電源電圧もしくはグランドレベル近傍であるか否かにより、補正の必要性を判断する。
【００９２】
この判断により補正の必要性が有ると判断した場合、ＣＰＵ５１は、１対のセンサパターンＳＰ、ＳＯのうち、どちらのセンサからの出力に補正が必要であるかを判定する。ＣＰＵ５１は、積分器７５からの出力信号が電源電圧（例えば５Ｖ）近傍の場合に、センサパターンＳＰの出力に対する補正を決定する。また、ＣＰＵ５１は、積分器７５からの出力信号がグランドレベル近傍の場合に、センサパターンＳＯの出力に対する補正を決定する。
【００９３】
すなわち、図９に示す回路では、積分器７５からの出力信号が電源電圧近傍の場合に、センサパターンＳＰの出力に対する補正を行い、積分器７５からの出力信号がグランドレベル近傍の場合に、センサパターンＳＯの出力に対する補正を行うようになっている。ここでは、センサパターンＳＯの出力に対する補正が必要と判定したとする。
【００９４】
ＣＰＵ５１は、補正パルス生成回路７０に対して補正実行信号と、センサパターンＳＯの出力に対する補正を行うことを示すセンサ選択信号を送信する。またＣＰＵ５１は、補正パルス生成回路７０に対して補正パルスの振幅を示す補正値ＤＰＩを送信する。この補正値ＤＰＩは最小補正値でも良いし、予め設定されている値から選択しても良い。
【００９５】
以上の結果、補正パルス生成回路７０はセンサパターンＳＯの出力に対してのみ補正パルスを供給するように設定される。この場合補正パルス生成回路７０は、センサパターンＳＰの出力に対しては基準電圧を出力し、補正が行われない。
【００９６】
上記設定を終えた後、再度ＣＰＵ５１は、光ビームがセンサＳＰ，ＳＯ上を通過した際に位置検出を行う。図１６はセンサ出力信号の補正動作を示すタイムチャートである。補正パルス生成回路７０は、ＣＰＵ５１からのデータをＤＡ変換し、光ビームがセンサＳＧを通過すると図１６に示したような補正パルスＯＰＵＬＳを生成する。この生成された補正パルスＯＰＵＬＳの振幅Ｐａは、ＣＰＵ５１から送信された補正値に対応し、差動増幅器６８に入力される。一方、センサパターンＳＰ，ＳＯは、光ビームの通過に伴い電流を発生する。これらのセンサパターンＳＰ，ＳＯからの電流出力は、電流電圧変換増幅器６５，６７によって電圧信号に変換された後に差動増幅器６６，６８に入力される。
【００９７】
差動増幅器６８は、センサＳＯの電流電圧変換アンプ６７の出力電圧と、補正パルス生成回路７０から送信された補正パルスＯＰＵＬＳの振幅Ｐａとの差分ＶＤ３を演算する。従って補正パルスの振幅値Ｐａが大きいほど、センサＳＯ側の出力信号に対する補正が大きい。
【００９８】
また、差動増幅器６６は、センサＳＰの電流電圧変換アンプ６５の出力電圧と補正パルス生成回路７０から送信された基準電圧ＰＰＵＬＳとの差分ＶＤ２を演算する。ここで、差動増幅器６６のゲインが１倍であれば、ＶＤ２は、電流電圧変換器６５の出力電圧と等しくなる。
【００９９】
次に、差動増幅器６９は、ＶＤ２とＶＤ３の差分ＶＤ１を演算する。この演算結果は、アナログマルチプレクサ７２を介して積分器７５に入力される。積分器７５は、差動増幅器７０からの出力電圧を積分する。
【０１００】
同様に、光ビームの通過位置がセンサのセンター位置よりも上側の位置の場合、補正パルス生成回路７０は、ＣＰＵ５１によってセンサパターンＳＰ側の出力のみを補正するように設定される。すなわち、補正パルスＰＰＵＬＳは補正値を含む補正電圧となり、補正パルスＯＰＵＬＳは、補正値を含まない基準電圧となる。これにより、センサパターンＳＰ側の出力信号のみが補正される。この場合も、補正パルスＰＰＵＬＳの振幅値が大きいほど、センサパターンＳＰ側の出力信号に対する補正が大きい。
【０１０１】
上記のように、ＣＰＵ５１により判断される補正値ＤＰＩ及びセンサ選択信号に基づいて、積分器の出力が飽和しないように、相対位置検知センサＳＯ，ＳＰの出力信号が補正される。これにより、電流電圧変換器の増幅率を大きくしたり、積分器の積分定数を敏感にしたりした場合であっても、積分器の出力が飽和することなく、光ビームの検知位置を示す出力信号が正常に得られる。
【０１０２】
ビーム通過位置に応じて、この補正パルス（ＯＰＵＬＳ又はＰＰＵＬＳ）の振幅Ｐａ（補正値ＤＰＩ）を調整することによって、高い検知精度のままで、広範囲を検知することが出来る、また、基本的には、出力の大きなセンサ出力から補正パルス振幅値を減算するが、補正パルスに正負の極性を持たせることによって、小さい方のセンサ出力を大きな値に補正するような構成をとることも可能である。以下、説明を簡単にするため、センサ選択信号に関する説明は省略する。尚、ビーム位置を広範囲及び高精度に検知するシステムの詳細は、本願と同一の譲受人に譲渡された米国特許出願０９／８１６７７３にて説明されている。
【０１０３】
図１７は異なる補正値ＤＰＩに対応する位置検知特性すなわち積分器７５の出力特性グラフＰｉ（Ｐ1、Ｐ2、…）を示す。Ｖｍａｘは積分器７５の最大出力電圧、Ｖｍｉｎは最小出力電圧である。ビームｂとビームｂ’は共に半導体レーザ発振器３１ｂによる可動ビームｂの走査線である。図１７のように、基準ピッチセンサＳＪ，ＳＫの中心位置Ｐｊｋに可動ビームｂを移動したときの電圧Ｖ4 と、基準ピッチセンサＳＩ，ＳＪの中心位置Ｐｉｊに可動ビームｂ′を移動したときの電圧Ｖ3 が、同じ特性グラフ（ここでは特性グラフＰ6）上にある場合、中心位置Ｐｊｋ及びＰｉｊ間の基準ピッチは電圧差”Ｖ3 −Ｖ4 ”により示すことができる。
【０１０４】
しかし、なんらかの要因により制御時のレーザパワーが過大になっていた場合、図１８のように相対位置センサの感度が過敏になってしまい、特性グラフＰｉの傾きが鋭くなる。従って、基準ピッチセンサＳＪ，ＳＫの中心位置Ｐｊｋに可動ビームｂを移動したときと、基準ピッチセンサＳＩ，ＳＪの中心位置Ｐｉｊに可動ビームｂ′を移動したときに、同じ補正パルス振幅Ｐａ（補正値ＤＰＩ）を適用して出力電圧が測定できない。従ってこのような場合、従来の制御方法では位置を制御することが出来なかった。
【０１０５】
そこで、本実施例では図１８のような場合に可動ビームｂ，ｂ′の距離に対応する電圧差を測定するために、図１９のようにビーム位置を測定する際に使用する特性グラフ間の電圧差を可動ビームｃを用いて測定する。電圧”Ｖ5 −Ｖ6” が特性グラフＰ2 とＰ3 の電圧差Ｖ11となる。この電圧差Ｖ11は補正パルスの振幅Ｐａつまり補正値ＤＰＩを変更したことにより変化した差分電圧（差動増幅器ＶＤ１の出力電圧）である。
【０１０６】
同様に図２０のように特性グラフＰ3 とＰ4 の電圧差はＶ12となる。このように基準ピッチを測定するのに必要な特性グラフ間の電圧差を全て測定する。尚、本実施例では前述したように基準ピッチは、必要な解像度の２倍の距離（＝２×４２．３μｍ）に設定されている。
【０１０７】
図２２は基準ピッチに対応する電圧差を求める動作を示すフローチャートである。
【０１０８】
先ず、ＣＰＵ５１はセンサＳＩとＳＪの中心位置Ｐｉｊに可動ビームを、センサＳＩとＳＪの出力を参照して移動する(ＳＴ１）。次にＣＰＵ５１は、補正パルス発生器７０に供給する補正値ＤＰＩを変更して、位置検知特性グラフＰｉを可動ビームの位置が測定できるようになるまで補正し(ＳＴ２）、該電圧値Ｖ10を測定及び記憶する(ＳＴ３）。このときの補正値ＤＰＩの値をＤＰｉｊとすると、ＣＰＵ５１は位置Ｐｉｊを（ＤＰｉｊ、Ｖ10）として記憶する。従って、光ビームの位置を測定したときの積分値（積分器７５の出力値）、及び補正値ＤＰＩを用いて、前記光ビームの副走査方向位置を表す（あるいは特定する）ことができる。
【０１０９】
ステップＳＴ４でＣＰＵ５１は、センサＳＪとＳＫの中心位置Ｐｊｋに、センサＳＪとＳＫの出力を基にして可動ビームを移動する。次にＣＰＵ５１は中心位置Ｐｉｊを測定できた特性グラフを使用して、現在の可動ビーム位置を測定できるか判断する(ＳＴ５）。
【０１１０】
測定できない場合（ＮＯの場合）、ＣＰＵ５１は位置検知特性グラフＰｉを、可動ビームが測定できるようになるまで、補正パルス発生器７０に供給する補正値ＤＰＩを変更し（ＳＴ６）、該電圧値Ｖ9を測定及び記憶する(ＳＴ７）。このときの補正値ＤＰＩの値をＤＰｊｋとすると、ＣＰＵ５１は位置Ｐｊｋを（ＤＰｊｋ、Ｖ9）として記憶する。
【０１１１】
次にＣＰＵ５１は、ステップＳＴ１のビーム位置が位置Ｐｉｊのときに用いた特性グラフＰ6まで、補正値ＤＰＩを最小補正幅づつ補正し、補正当りのグラフ間電圧差をビームｂを用いて測定し記憶する（ＳＴ８）。つまりＣＰＵ５１はＶ11＋Ｖ12＋Ｖ13を測定及び記憶する。
この結果ＣＰＵ５１は、図２１のように基準ピッチ（８４．６μｍ）に対応する電圧差Ｖｄｐを以下のようにして算出する（ＳＴ９）。
【０１１２】
Ｖｄｐ＝（Ｖ9 −Ｖ10）＋Ｖ11＋Ｖ12＋Ｖ13…（１）
Ｐｉｊを測定できる特性グラフを使用して可動ビームを測定できる場合（ＳＴ５でＹＥＳの場合）、可動ビームを位置Ｐｊｋに移動し、そのときの電圧Ｖ9を測定する（ＳＴ１０）。ステップＳＴ１１でＣＰＵ５１は基準ピッチ（８４．６μｍ）に対応する電圧差Ｖｄｐを以下のようにして算出する（ＳＴ１１）。
【０１１３】
Ｖｄｐ＝Ｖ9−Ｖ10 …（２）
以下、基準ピッチに対応する電圧差が（１）式により表わすことができる理由うを説明する。
【０１１４】
図２１に示す複数の特性グラフＰ1、Ｐ2、…は、測定電圧範囲を仮想的に増大することにより、図２３のように１つの特性グラフＰにより表わすことができる。ｙ軸を出力電圧、ｘ軸を走査ビームの副走査方向位置、特性Ｐのｙ軸交点ｑの座標を（０，Ｑ）とする。また、複数の特性グラフＰ1、Ｐ2、…の傾きは同一であるから、該傾きを”−ｍ”とすとすると、特性Ｐは次式のように示すことができる。
【０１１５】
ｙ＝−ｍｘ＋Ｑ …（３）
ここで、直角三角形ａｃｄと直角三角形ｂｄｉは底辺ａｃ及びｂｄの長さが同一で、斜辺ａｄ及びｂｉの傾きが同一であるから合同である。同様に直角三角形ｃｅｆと直角三角形ｉｊｋは合同であり、直角三角形ｅｇｈと直角三角形ｋｌｍは合同である。直角三角形ｑｒｍの垂線ｑｒの長さは、垂線ａｂ、ｄｉ、ｊｋ、ｌｍの和に等しい。すなわち直角三角形ｑｒｍの垂線ｑｒの長さは、垂線ａｂ、ｃｄ、ｅｆ、ｇｈの和に等しい。
【０１１６】
垂線ｑｒは、基準ピッチに対応する（１）式の電圧差Ｖｄｐに対応し、垂線ａｂは電位差Ｖ11に、垂線ｃｄはＶ12に、垂線ｅｆはＶ13に、垂線ｇｈは”Ｖ9 −Ｖ10”に対応する。従って基準ピッチに対応する電圧差Ｖｄｐは（１）式により示すことができる。
【０１１７】
以上の説明は、特性グラフＰ1、Ｐ2、…の間隔が互いに異なる場合でも同様である。
【０１１８】
次に、上記したように基準ピッチに対応する電圧を測定した後、必要な解像度を実現するために、固定ビームに対して可動ビームの位置を移動する。例えば必要解像度が６００ｄｐｉの場合、固定ビームに対して可動ビームが４２．３μｍ離れて走査されるように、可動ビームの副走査方向位置を移動する。従来方式の制御だと、固定ビームと、それに対してある間隔に制御される可動ビームの目標位置が図２１のように同じ特性グラフ上にない場合、位置制御は不可能であった。
【０１１９】
そこで本発明は図２４のように、上記同様に固定ビームに対して可動ビームを制御するために、両ビームを測定できるグラフ間の電圧差を測定する。そして、固定ビームに対する可動ビームの位置が、図２５及び次式に示す制御目標位置相当の電圧Ｖｔｇとなるように、可動ビームを制御する。
【０１２０】
Ｖｔｇ＝（Ｖ17−Ｖ16）＋Ｖ14＋Ｖ15 …（４）
これにより、グラフの感度が鋭い場合でも、問題なく制御をすることができる。
【０１２１】
以下、固定ビームから可動ビームまでの距離が電圧Ｖｔｇに対応する理由を説明する。
【０１２２】
図２４に示す複数の特性グラフＰ1、Ｐ2、…は、測定電圧範囲を仮想的に増大することにより、図２５のように１つの特性グラフＰ’により表わすことができる。ｙ軸を出力電圧、ｘ軸を走査ビームの副走査方向位置、特性Ｐ’のｙ軸交点Ｈの座標を（０，ｈ）とする。また、複数の特性グラフＰ1、Ｐ2、…の傾きは同一であるから、該傾きを”−ｓ”とすとすると、特性Ｐ’は次式のように示すことができる。
【０１２３】
ｙ＝−ｓｘ＋Ｈ …（５）
ここで、直角三角形ＡＣＤと直角三角形ＢＤＥは底辺ＡＣ及びＢＤの長さが同一で、斜辺ＡＤ及びＢＥの傾きが同一であるから合同である。直角三角形ＧＣＥの垂線ＣＥの長さは、垂線ＡＢ、ＤＥの和に等しい。すなわち直角三角形ＧＣＥの垂線ＣＥの長さは、垂線ＡＢ、ＣＤの和に等しい。直角三角形ＨＦＥの垂線ＦＥの長さは、以下のように垂線ＣＥの長さから垂線ＣＦの長さを引いた長さに等しい。
【０１２４】
ＦＥ＝ＣＥ−ＣＦ …（６）
垂線ＡＢは電位差Ｖ1４に、垂線ＣＤはＶ1５に対応するので、垂線ＣＥは”Ｖ1４−Ｖ1５”に対応する。垂線ＣＦは”Ｖ1６−Ｖ1７”に対応する。従って固定ビームと可動ビーム間距離に対応する電圧Ｖｔｇは（４）式により示すことができる。
【０１２５】
以上の説明は、特性グラフＰ1、Ｐ2、…の間隔が互いに異なる場合でも同様である。
【０１２６】
このようにＣＰＵ５１は、ビームｂ及びビームｂ’の位置を測定したときの第１及び第２の積分値（Ｖ9及びＶ10）、及びビームｂ及びビームｂ’を測定できる第１及び第２の補正値に対応する特性グラフ（特性グラフＰ3及びＰ6）間の電圧差”Ｖ11＋Ｖ12＋Ｖ13”に基づいて、ビームｂとビームｂ’間の距離を算出する。
【０１２７】
図２６は固定ビームと可動ビーム間の間隔を４２．３μｍに制御する相対位置制御を示すフローチャートである。
【０１２８】
先ずＣＰＵ５１は、固定ビームの位置を相対位置センサＳＰ，ＳＯを用いて測定する（ＳＴ１１）。次にＣＰＵ５１は、図２２の基準ピッチ測定で得られた基準ピッチに対応する電圧の１／２の電圧（＝Ｖｄｐ／２）を計算する（ＳＴ１２）。Ｖｄｐ／２は解像度６００ｄｐｉにおける走査線間距離４２．３μｍに対応する電圧Ｖｔｇである。
【０１２９】
ステップＳＴ１３でＣＰＵ５１は、固定ビームの位置を測定したときの特性グラフを使用して、可動ビームを所望位置まで移動できるか判断する。測定可能であれば（ＹＥＳの場合）、固定ビームに対して可動ビームが所定の間隔（４２．３μｍ）離れて走査されるように、可動ビームを制御する（ＳＴ１４）。
【０１３０】
測定不可能であれば（ステップＳＴ１３でＮＯの場合）、ＣＰＵ５１は可動ビームを固定ビームの位置から徐々に移動しながら特性グラフを補正し、特性グラフ間電圧差を測定する（ＳＴ１５）。すなわちＣＰＵ５１は、補正パルス発生器７０を用いて特性グラフを最小補正幅づつ補正し、各補正ごとにグラフ間電圧差を可動ビームを移動しながら測定する。
【０１３１】
ステップＳＴ１６でＣＰＵ５１は、固定ビームの測定電圧値（図２５ではＶ17）と、走査線間距離４２．３μｍに対応する電圧Ｖｔｇと、特性グラフ間電圧差（図２５では”Ｖ14＋Ｖ15”と、可動ビームの測定電圧（図２５ではＶ16）が、上記（３）式をみたすように、可動ビームの位置を移動する。
【０１３２】
尚、本実施例は従来の副走査方向ビーム位置制御の精度を上げるために、差動増幅器６９等の増幅率を増加した場合にも適用できることは明らかである。
【０１３３】
以上説明したように図９に示すシステムでは、ある補正値ＤＰＩに対して所定幅のビーム通過位置検知領域が存在し、ＣＰＵ５１が前記所定幅の通過位置検知領域をシフトすることにより、システムの通過位置検知領域が拡大する。
【０１３４】
例えば図２０を参照して説明すると、ある補正値ＤＰＩに対応する特性グラフＰ１はビーム通過位置検知領域ＰＤＡ１を有し、特性グラフＰ２はビーム通過位置検知領域ＰＤＡ２を有する。他の特性グラフも同様にビーム通過位置検知領域を有し、これら検知領域の検知幅は実質的に同一である。
【０１３５】
センサＳＯ、ＳＰ、補正パルス発生器７０、アンプ群６５〜６８及び積分器７５等により構成される通過位置検知部は、入力されるシフト信号すなわち補正値ＤＰＩに応じて、前記所定幅の通過位置検知領域をシフトする。ＣＰＵ５１は、前記通過位置検知部がビーム通過位置を検知できるように、前記通過位置検知部に対して前記シフト信号（補正値ＤＰＩ）を発生して前記通過位置検知領域をシフトする。これにより、前記所定幅より広い領域において前記通過位置検知部は、前記ビーム通過位置を検知することが可能となる。
【０１３６】
又、ＣＰＵ５１によりシフトされた前記通過位置検知領域は、シフトされる前の領域と重なる領域を有している。例えば、ＣＰＵ５１により特性グラフがＰ１からＰ２にシフトした場合、特性グラフＰ１とＰ２の位置検知領域には、図２０の領域ＰＦのように重なる領域が存在する。このように、隣合う特性グラフに対応する通過位置検知領域に、重なる領域が存在するように、補正値ＤＰＩの最小増減量が決定される。
【０１３７】
次に本発明の第２の実施例について説明する。
【０１３８】
本複写機の電源が投入されると、プリンタ部についてＣＰＵ５１は、定着器２６の加熱制御、光ビームパワー制御、検知装置出力処理回路４０のオフセット補正処理、感光ドラム１５の表面条件を一定にするなどのプロセス関連の初期化、光ビーム副走査方向位置制御、主走査方向光ビーム位置制御を実行し、装置はスタンバイの状態となる。
【０１３９】
スタンバイの状態で、コントロールパネル５３から複写指令を受信すると（コピーボタンが押下されると）、ＣＰＵ５１は複写を実行する。複数枚の連続コピーの場合、或る用紙の印刷の終了から次の用紙の印刷開始までの間に紙間制御を行う。紙間制御とは、ビーム副走査方向位置が所望の位置からずれている場合に、該副走査方向位置の設定値を最小調整量だけ変更する制御を示す。
【０１４０】
図２７は紙間制御動作を示すフローチャートである。ＣＰＵ５１は可動ビームの副走査方向位置を検知し（ＳＴ２１）、検知した副走査位置が所定範囲内に含まれていない場合、副走査位置を１ステップ移動する（ＳＴ２３）。この１ステップはガルバノミラー３３の最小調整量である。
【０１４１】
即ちＣＰＵ５１はガルバノミラー駆動回路３９内に設けられたＤ／Ａ変換器（図示されず）に設定されている値（指示値）を”１”だけ減少あるいは増加する。減少／増加は、検知したビーム副走査位置の所望位置からのずれにより決定される。
【０１４２】
該Ｄ／Ａ変換器は変更された指示値に応じてアナログ出力を変更し、ガルバノミラー駆動回路３９ａは該アナログ出力を増幅してガルバノミラーに供給する。その結果、ガルバノミラーの角度が１ステップ変化し、可動ビームの副走査方向位置が変更される。このようにして、ガルバノミラーの経時的変化が補正される。連続コピー中、この紙間制御は複数枚のコピーに１回行っても良いし、紙間毎に行っても良い。
【０１４３】
スタンバイのとき、ＣＰＵ５１は所定時間おきに紙間制御を行う。この紙間制御は上記連続コピー中に行う制御と同一の制御である。即ち数ｍ秒に１度、ＣＰＵ５１はビーム副走査方向位置を検知し、所望の位置からずれている場合、ビーム副走査方向位置の指示値を最小調整量だけ変更する。
【０１４４】
スタンバイ制御中に、ガルバノミラーのドリフトの影響で可動ビーム位置が目標と差がある場合、従来では図２８のようにガルバノの指示値を１ｓｔｅｐずつ変え、ｔ1 秒でビーム位置を目標位置付近になるようにしている。しかし本実施例では、図２９のように同じ方向に指示値が例えば増加した場合、その次は倍のｓｔｅｐ数（図では２ｓｔｅｐ）増加し、更に同じ方向に指示値を増加する場合は更に倍のｓｔｅｐ数（図では４ｓｔｅｐ）、というように指示値増加量を大きくしていく。ただし、指示値の変化方向が逆方向（ここでは減少方向）になると再び１ｓｔｅｐの変化に戻し、同じ方向に指示値を変える場合は倍のｓｔｅｐ数変化させ、更に同じ方向に指示値を変える場合は更に倍というように指示値を変化させる。このようにして、短時間（ｔ2 時間）でビーム位置を目標位置に収束させることができる。
【０１４５】
つまりＣＰＵ５１は、前記ビーム通過位置変更部（ガルバノミラー駆動回路３９）に増減方向が同一の第１及び第２の指示値を与え、次の第３の指示値の増減方向も前記第１及び第２の指示値と同一の場合、該第３の指示値の増減量を、前記第１の指示値に対する第２の指示値の増減量より大きな値に設定し、前記ビーム通過位置変更部に与える。
【０１４６】
上記ガルバノミラー制御は、連続コピー中の紙間制御においても同様である。すなわち、連続コピー中ＣＰＵ５１は、このようなガルバノミラー指示値変更を複数枚のコピーに１回、又は紙間毎に行う。
【０１４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、レーザパワーが高い場合でもビーム副走査方向位置を検出し、更に従来より高い精度で該ビーム位置を検知できる光ビーム走査装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るデジタル複写機に関する概略構成図。
【図２】光学系ユニットの構成と感光ドラムの位置関係を示す図。
【図３】光学系の制御を主体にした制御系を示すブロック図。
【図４】ガルバノミラー駆動回路の具体的な回路例を示す構成図。
【図５】光ビーム検知装置出力処理回路の構成ブロック図。
【図６】センサパターンＳＯ，ＳＰの構成及び光ビーム通過位置とセンサパターン出力の積分出力の関係を示した図。
【図７】光ビーム検知装置の構成を概略的に示した図。
【図８】センサパターンＳＫ，ＳＪ，ＳＩの構成及び光ビーム通過位置とセンサパターン出力の積分出力の関係を示した図。
【図９】光ビーム検知装置出力処理回路の構成ブロック図。
【図１０】副走査制御を示すフローチャート。
【図１１】相対位置制御の具体例を示す図。
【図１２】相対位置制御の具体例を示す図。
【図１３】相対位置制御の具体例を示す図。
【図１４】相対位置制御の具体例を示す図。
【図１５】相対位置制御の具体例を示す図。
【図１６】センサ出力信号の補正動作を示すタイムチャート。
【図１７】制御時のレーザパワーが強い場合の相対位置制御の具体例を示す図。
【図１８】制御時のレーザパワーが強い場合の相対位置制御の具体例を示す図。
【図１９】制御時のレーザパワーが強い場合の新相対位置制御の具体例を示す図。
【図２０】制御時のレーザパワーが強い場合の新相対位置制御の具体例を示す図。
【図２１】制御時のレーザパワーが強い場合の新相対位置制御の具体例を示す図。
【図２２】基準ピッチに対応する電圧差を求める動作を示すフローチャートである。
【図２３】基準ピッチに対応する電圧差が（１）式により表わすことができる理由を説明するための図。
【図２４】固定ビームに対して可動ビームの位置を制御する様子を示す図。
【図２５】固定ビームに対して可動ビームの位置を制御する様子を示す図。
【図２６】固定ビームと可動ビーム間の間隔を４２．３μｍに制御する相対位置制御を示すフローチャート。
【図２７】紙間制御動作を示すフローチャート。
【図２８】ガルバノの指示値を１ｓｔｅｐずつ変え、ｔ1 秒でビーム位置を目標位置付近に調節する様子を示す図。
【図２９】本発明によるガルバノミラーの指示値提供方法を示す図。
【符号の説明】
１…スキャナ部、２…プリンタ部、５…集光レンズ、６…光電変換素子、８…原稿固定用のカバー、９…光源、１０、１１、１２…ミラー、１３…レーザ光学系ユニット、１５…感光体ドラム、１６…帯電器、１７…現像器、１８…転写チャージャ、１９…剥離チャージャ、２０…クリーナ
【発明の属する技術分野】
複数のレーザ光ビームにより単一の感光ドラム上を同時に走査露光して上記感光ドラム上に単一の静電潜像を形成するデジタル複写機やレーザプリンタなどの画像形成装置において、上記複数のレーザ光ビームを走査する光ビーム走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば、レーザ光ビーム（以降、単に光ビーム）による走査露光と電子写真プロセスとにより画像形成を行うデジタル複写機が種々開発されている。
【０００３】
最近では、画像形成速度の高速化を図るために、マルチビーム方式、つまり、複数の光ビームを発生させ、これら複数の光ビームにより複数ラインずつの同時走査が行われるようにしたデジタル複写機が開発されている。
【０００４】
従来、このようなマルチビーム方式のデジタル複写機では、高画質で画像を形成するために、前記光学ユニットにおいては、光ビームの走査方向露光位置制御（主走査方向のビーム位置制御）および光ビームの通過位置制御（副走査方向の光ビーム位置制御）が行われている。
【０００５】
このような技術の具体例が下記特許文献１に開示されている。この公報では、光ビーム通過位置を高精度で広範囲に検知して、光ビームの位置制御を行うことを目的とし、１対のセンサパターンが感光ドラムの表面を走査する光ビームの副走査方向通過位置を検知する。また、下記特許文献２では、光ビームを検知する対のセンサを、のこぎり歯状の２つのパターンから構成したものが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平２００１−９１８７２号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００２−２８７０５４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ビームの副走査方向通過位置を制御する場合、レーザパワーが標準値より高い場合、位置検出感度は向上するが、測定レンジが狭くなってしまい、２ビーム間距離の測定が不可能になる場合がある。また、フル制御すなわち副走査及び主走査制御の終了後、スタンバイ制御（固定ビームの位置を確認後、固定ビームと可動ビームとの間隔が目標間隔に近づくように可動ビームを１ｓｔｅｐずつ動かす制御）を行う。しかし、ガルバノミラーのドリフトが大きいと、スタンバイ制御時になかなか可動ビームを目標位置に制御出来ず、その状態で画像形成を行うとピッチズレが起きてしまう。
【０００９】
従って本発明は、レーザパワーが高い場合でもビーム副走査方向位置を検出し、更に従来より高い精度で該ビーム位置を検知できる光ビーム走査装置を提供することを主な目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光ビーム走査装置は、光ビームを発生するビーム発生器と、前記ビーム発生手段から発生される光ビームを被走査面へ向けて反射し、前記光ビームにより前記被走査面を主走査方向に走査する光ビーム走査手段と、前記光ビーム走査手段により走査される光ビームの通過位置を変更する光ビーム通過位置変更手段と、前記光ビームの走査方向と直交する副走査方向のビーム通過位置変化に対してその検知結果出力が連続的に変化する通過位置検知手段と、前記光ビームの通過位置が目標通過位置と一致していない場合、光ビームの通過位置が目標位置になるように、前記光ビーム通過位置変更手段の指示値を変更する光ビーム通過位置制御手段と、を具備し、前記光ビーム通過位置制御手段は、前回と同じ方向に指示値を変更する場合、前回前記光ビーム通過位置変更手段に指示した変更量よりも大きい変更量を前記光ビーム通過位置変更手段に指示することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本実施例に係る光ビーム走査装置が適用される画像形成装置としてのデジタル複写機の構成を模式的に示す。このデジタル複写機は、例えば画像読取手段としてのスキャナ部１と画像形成手段としてのプリンタ部２から構成されている。
【００１３】
スキャナ部１では原稿０が原稿台ガラス７上に下向きに置かれ、原稿０は開閉自在に設けられた原稿固定用のカバー８を閉めることで原稿台ガラス７上に押さえつけられる。
【００１４】
原稿０は光源９で照射され、原稿０からの反射光がミラー１０，１１，１２及び集光レンズ５を介し、光電変換素子６のセンサ面上に結像される。第１キャリジ３は光源９とミラー１０で構成され、第２キャリジ３はミラー１１，１２で構成される。
【００１５】
以上のようにして原稿ガラス７上に置かれた原稿０は１ライン毎に順次読み取られ、光電変換素子６により反射光である光信号の強度に応じたアナログ電気信号に変換される。その後、変換されたアナログ電気信号は、図示しない画像処理部により画像の濃淡を示すデジタル信号に変換され、レーザ光学系ユニット１３に出力される。
【００１６】
プリンタ部２は、光学系ユニット１３及び非画像形成媒体である用紙Ｐ上に画像形成が可能な電子写真方式を組み合わせた画像形成部１４で構成されている。即ち、原稿０からスキャナ部１で読取られた画像信号は、図示しない画像処理部でデジタル信号に変換された後、半導体レーザ発振器からの光ビームに変換される。本発明の画像形成装置では半導体レーザを複数個（例えば２個）使用するマルチビーム光学系が採用されている。
【００１７】
光学系ユニット１３内に設けられた複数の半導体レーザ発振器は、図示しない画像処理部から出力されるレーザ変調信号に従い発光動作を行い、複数の光ビームを発生する。これら複数の光ビームは、ポリゴンミラーで反射されて走査光となり、ユニット外部へ出力される。光学系ユニット１３の詳細については後述する。
【００１８】
光学系ユニット１３から出力される複数の光ビームは、像担持体としての感光ドラム１５上の露光位置Ｘの地点に、必要な解像度を持つスポット光として結像され、感光ドラム１５上を主走査方向（感光体ドラムの回転軸方向）に走査する。
【００１９】
画像を形成する像担持体である感光体ドラム１５の周辺には、その表面を帯電する帯電器１６、現像器１７、転写チャージャ１８、剥離チャージャ１９及びクリーナ２０が配置されている。感光体ドラム１５は、図示しない駆動モータにより所定の外周速度で回転駆動され、その表面に対向して設けられている帯電器１６によって帯電される。
【００２０】
帯電した感光体ドラム１５上の露光位置Ｘに光が照射されると静電潜像が形成される。現像器１７からの現像剤であるトナーが感光体ドラム１５で現像される。現像により感光体ドラム１５上にはトナー像が形成され、転写位置の地点で用紙Ｐ上に転写チャージャ１８により前記トナー像が転写される。
【００２１】
上記給紙系は底部に設けられた給紙カセット２１内の用紙Ｐを、給紙ローラ２２と分離ローラ２３により１枚ずつ分離する。その後、用紙Ｐはレジストローラ２４まで送られ、所定のタイミングで転写位置まで供給される。転写チャージャ１８の下流側には用紙搬送機構２５、定着器２６、画像形成済みの用紙Ｐを排出する排出ローラ２７が配置されている。これにより、トナー像が転写された用紙Ｐは、定着器２６においてトナー像が用紙Ｐに定着し、その後、排紙ローラ２７を経て外部の排紙トレイ２８に排紙される。
【００２２】
また、用紙Ｐへの転写が終了した感光体ドラム１５は、その残留トナーがクリーナ２０によって取り除かれ初期状態に復帰し、次の画像形成の待機状態となる。
【００２３】
次に光学系ユニット１３について説明する。
【００２４】
図２は、光学系ユニット１３の構成と感光ドラム１５の位置関係を示している。光学系ユニット１３は、例えば２つの光ビーム発生手段としての半導体レーザ発振器３１ａ，３１ｂを内蔵していて、それぞれのレーザ発振器３１ａ，３１ｂが同時に１走査ラインずつの画像形成を行うことで、ポリゴンミラー３５の回転数を上げることなく高速で画像形成を可能としている。
【００２５】
即ちレーザ発振器３１ａはレーザドライバ３２ａで駆動され、出力される光ビームは、図示しないコリメータレンズ通過後、ハーフミラー３４を通過し、回転多面鏡としてのポリゴンミラー３５に入射する。
【００２６】
ポリゴンミラー３５は、ポリゴンミラードライバ３７で駆動されるポリゴンモータ３６により一定速度で回転されている。これにより、ポリゴンミラー３５からの反射光は、ポリゴンモータ３６の回転数で定まる角速度で一定方向に走査光となり、図示しないｆ−θレンズを通過し、一定速度で光ビーム通過位置検知手段としての光ビーム相対位置センサ３８の受光面及び感光ドラム１５上を走査する。
【００２７】
レーザ発振器３１ｂはレーザドライバ３２ｂで駆動され、出力される光ビームは、図示しないコリメータレンズ通過後、光路変更手段としてのガルバノミラー３３に入射する。ガルバノミラー３３で反射された光ビームは、ハーフミラー３４を通過し、ポリゴンミラー３５に入射する。ポリゴンミラー３５以降の光路は、上述したレーザ発振器３１ａの場合と同様に図示しないｆ−θレンズを通過し、一定速度で光ビーム相対位置センサ３８の受光面及び感光ドラム１５上を走査する。なお、レーザドライバ３２ａ，３２ｂは、各々オートパワーコントロール（ＡＰＣ）機能を有しており、後述の主制御部（ＣＰＵ）５１から設定された発光パワーレベルを保つようにレーザ発振器３１ａ，３２ｂを発光動作させる。
【００２８】
このようにして別々のレーザ発振器３１ａ，３１ｂから出力された各光ビームは、ハーフミラー３４で合成され、２つの光ビームがポリゴンミラー３５の方向に進む。
【００２９】
従って２つの光ビームは、同時に感光ドラム１５上を走査することができ、従来のシングルビームの場合と比較して、ポリゴンミラー３５の回転数が同じである場合は、２倍の速度で画像の記録が可能となる。
【００３０】
ガルバノミラー３３は、ガルバノミラー駆動回路３９により駆動され、レーザ発振器３１ａから出力された光ビームに対し、レーザ発振器３１ｂから出力された光ビームの副走査方向の位置を調整（制御）する。
【００３１】
また、光ビーム検知装置３８には、その取付位置及び光ビームの走査方向に対する傾きを調整するための光ビーム検知装置調整モータ３８ａ，３８ｂが設けられている。
【００３２】
光ビーム検知装置３８は、上記２つの光ビームの通過位置、通過タイミング及び通過時のレーザ光の光量を検知する。光ビーム検知装置３８は、受光面が感光ドラム１５の表面と等価になるよう感光ドラム１５端部近傍に配設されている。また、光ビーム検知装置３８は、図示しない折り返しミラーを用いてポリゴンミラー３５により走査された光ビームを反射し、前記図示しない折り返しミラーにより反射された光ビームの延長線上かつ受光面が感光ドラム１５の表面と等価となるように配設してもよい。
【００３３】
この光ビーム検知装置３８からの検知信号を基に、各々のレーザ発振器に対応する発光パワーの制御、レーザ発振器３１ｂからの光ビームが入射するガルバノミラー３３の制御（副走査方向の画像形成位置制御）及び発光タイミングの制御（主走査方向の画像形成位置制御）が行われる（詳細は後述）。これらの制御を行うための信号を生成するために、光ビーム検知装置３８には、光ビーム検知装置出力処理回路４０が接続されている。
【００３４】
次に制御系について説明する。
【００３５】
図３は、主にマルチビーム光学系の制御部の構成を示している。主制御部５１は、全体的な制御を司る部分であり、ＣＰＵなどから構成される。この主制御部５１にはメモリ５２、コントロールパネル５３、外部通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）５４、レーザドライバ３２ａ，３２ｂ、ポリゴンモータドライバ３７、ガルバノミラー駆動回路３９、光ビーム検知装置出力処理回路４０、同期回路５５及び画像データインタフェース（Ｉ／Ｆ）５６が接続されている。
【００３６】
同期回路５５には、画像データインタフェース（Ｉ／Ｆ）５６が接続されており、画像データＩ／Ｆ５６には画像処理部５７及びページメモリ５８が接続されている。画像処理部５７には、スキャナ部１が接続され、ページメモリ５８には外部インタフェース（Ｉ／Ｆ）５９が接続されている。
【００３７】
ここで、画像を形成する際の画像データの流れを以下に簡単に説明する。
【００３８】
まず複写機動作の場合、前述のように、原稿台７上にセットされた原稿０の画像は、スキャナ部１で読取られ画像処理部５７へ送られる。画像処理部５７は、スキャナ部１からの画像信号に対し、例えば周知のシェーディング補正、各種フィルタリング処理、階調処理及びガンマ補正などを施す。
【００３９】
画像処理部５７からの画像データは、画像データＩ／Ｆ５６へ送られる。画像データＩ／Ｆ５６は、２つのレーザドライバ３２ａ，３２ｂへ画像データを振り分ける役割を果たす。
【００４０】
同期回路５５は、各光ビームの光ビーム検知装置３８上を通過するタイミングに同期したクロックを発生し、このクロックに同期して画像データＩ／Ｆ５６から各レーザドライバ３２ａ，３２ｂへ画像データをレーザ変調信号として出力する。
【００４１】
また、同期回路５５は、非画像形成領域で各レーザ発振器３１ａ，３１ｂを強制的に発光動作させ各光ビームの出力パワーを制御するためのサンプルタイマや、光ビーム検知装置３８上を各光ビームが走査するときにレーザ発振器３１ａ，３１ｂを発光動作させ各光ビームの主走査方向位置を検知するための論理回路などが含まれている。
【００４２】
このようにして各光ビームの走査と同期を取りながら画像データを転送することで、主走査方向に同期が取れた（正しい位置の）画像形成が行われる。
【００４３】
コントロールパネル５３は、複写動作の起動や枚数指定などを行うマンマシンインタフェースである。
【００４４】
本デジタル複写機は、複写動作のみではなくページメモリ５８に接続された外部Ｉ／Ｆ５９を介して外部から入力される画像データを画像形成することが可能な構成となっている。なお、外部Ｉ／Ｆ５９から入力される画像データは、一旦ページメモリ５８に格納された後、画像データＩ／Ｆ５６を介して同期回路５５へ送出される。
【００４５】
また、本デジタル複写機が、例えばネットワークなどを介し外部から制御される場合には、外部通信Ｉ／Ｆ５４がコントロールパネル５３の役割を果たす。
【００４６】
ガルバノミラー駆動回路３９は、主制御部５１からの指示値に従ってガルバノミラー３３を駆動する回路である。従って主制御部５１は、ガルバノミラー駆動回路３９を介し、ガルバノミラー３３の角度を自由に制御することができる。
【００４７】
ポリゴンモータドライバ３７は、先に述べた２つの光ビームを走査するポリゴンミラー３５を回転させるためのポリゴンミラーモータ３６を駆動するドライバである。主制御部５１は、このポリゴンモータドライバ３７に対し、回転開始、回転停止及び回転数の切り換えを行うことができる。回転数の切り換えは、光ビーム検知装置３８により光ビームの通過位置を確認する際、必要に応じて所定の回転数よりも低くする場合に用いる。
【００４８】
レーザドライバ３２ａ，３２ｂは、前述のように画像データに従ってレーザ光を発光させる以外に、主制御部５１からの強制発光信号により、画像データとは無関係に強制的なレーザ発振器３１ａ，３１ｂの発光動作を行う機能を有している。
【００４９】
また、主制御部５１は、各々のレーザ発振器３２ａ，３２ｂが発光する光ビームのパワーを各レーザドライバ３１ａ，３１ｂを用いて設定する。発光パワーの設定は、感光ドラム１５の潜像形成条件の変化や、光ビーム通過位置検知などに応じて変更される。
【００５０】
メモリ５２は、制御に必要な情報を記憶するためのものである。例えば、ガルバノミラー３３の制御量、光ビーム通過位置検知を行うための回路特性（増幅器のオフセット量）及び光ビームの到来順序などを記憶することで、電源投入後即座に光学系ユニット１３を画像形成可能な状態にすることができる。
【００５１】
次に本発明の第１の実施例について説明する。
【００５２】
第１の実施例は、１つの光ビームを走査するシングルビーム光学系を有する光ビーム走査装置にも適用できる。先ず、本発明に係るガルバノミラー角度調整及び光ビーム通過位置調整の原理を示す。
【００５３】
図４は、ガルバノミラー３３の角度を指示するための調整手段を２つ有する場合の、ガルバノミラー駆動回路３９の構成を示したブロック図である。
【００５４】
ガルバノミラー３３は、主制御部５１により角度指示データを与えられることで角度が制御される。この角度指示データは、ガルバノミラー駆動回路３９内のセレクタ４３へ入力され、前記主制御部５１からの調整手段選択信号により、後段のラッチ４４ａ，４４ｂのいずれかへ制御データを選択的に出力する。ラッチ４４ａ，４４ｂは、前記セレクタ４３より得られたデータを主制御部５１からのデータ更新処理が行われるまで保持する。Ｄ／Ａ変換器４５ａ，４５ｂに入力されたガルバノミラー制御データは、デジタル信号をアナログ信号に変換し、反転増幅器４８へ入力される。この反転増幅器４８による反転増幅出力は、ドライバ４６へ入力され、反転増幅器４８の出力電圧に従ってガルバノミラー３３を駆動制御する。
【００５５】
光ビーム検知装置３８は、光ビームの通過位置を検知するためのセンサパターンである。図５は、このセンサパターンとその周辺構成を示した主要ブロック図である。センサパターンは、例えばフォトダイオードで構成されており、センサパターン上を、走査された光ビームが通過したとき、光エネルギが電気エネルギに変換され図示しない電流／電圧変換器により電圧として出力される。光ビームが各センサ上を通過した後は、センサ出力は０となる。
【００５６】
センサパターンＳＯ，ＳＰは、三角形や台形で、対称的に所定の間隔を置いて配設される。ＳＯ，ＳＰの各出力は、差動増幅器６９に入力され適当なゲインで差分演算された後、積分器７５で積分処理される。
【００５７】
光ビームの副走査方向の移動により、それぞれのセンサパターン上を光ビームが通過する時間が連続的に変化し、積分出力がこの光ビーム通過位置変化に対応して変化する。
【００５８】
また、センサパターンＳＬは、前記積分器７５の初期化を行うためのパターンであり、図示しないセンサＳＡとの組み合わせによりリセット信号生成回路７３によりリセット信号を生成する。即ち、光ビームの通過に伴いＳＡ，ＳＬの電圧変動が生じる。このＳＡとＳＬを光ビームが通過する間に前記積分器７５がリセットされる。更に、リセット直後にＳＯ，ＳＰの出力信号による積分動作を行う。
【００５９】
また、センサパターンＳＲは、積分器７５による出力電圧をデジタル信号に変換するための変換開始信号を生成するためのパターンである。ＳＲを光ビームが通過したことによる電圧変動は、変換開始信号生成回路７４により変換開始信号を生成する。この信号によりＳＯ，ＳＰの積分結果は、Ａ／Ｄ変換器などの信号変換器によりデジタル信号に変換され主制御部５１へ出力される。
【００６０】
図６は、光ビーム通過位置と積分器７５の積分出力特性（位置検出特性）を示している。光ビームの副走査方向の移動により積分出力が連続的に変化する。センサパターンＳＯ，ＳＰの中央を光ビームが通過した場合、積分出力はＶｒｅｆとなる。また、ビーム通過位置が図面上、下側に移動すると積分出力はＶｒｅｆよりも低下し、逆に上側に移動すると積分出力はＶｒｅｆよりも上昇する。
【００６１】
従って、ＳＯ，ＳＰによる出力の積分結果をモニタすることで、センサパターン上の光ビーム通過位置を検知することができる。
【００６２】
更にこの検知結果に基づき主制御部５１により光ビームの通過位置を所望の通過位置に補正するデータを各光ビームに対応するガルバノミラー駆動回路３９へ送出することで光ビーム通過位置を所望の通過位置に制御することができる。
【００６３】
図５の光ビーム検知装置３８及び光ビーム検知装置出力処理回路４０を使用した複数光ビームを所望の通過位置に制御する方法について説明する。
【００６４】
マルチビーム光学系は、２つのレーザ発振器を有し、各々の光ビームを副走査方向に移動させるための２つの光アクチュエータ（ガルバノミラーなど）を有する２ビームのマルチビーム光学系を想定し説明する。本マルチビーム光学系は、例えば６００ｄｐｉの解像度を有するものとする。
【００６５】
光ビーム検知装置３８は図６に示すような積分出力特性を有する。従って、
（ＶMAX −Ｖmin）／ｈ＝Ｖunit ［Ｖ／μｍ］
とすると、２つの光ビームを解像度６００ｄｐｉ（ドット間距離：４２．３μm）に調整するためには、光ビームの積分出力の差が約Ｖunit×４２．３［Ｖ］となるように、各レーザ発振器から出力される光ビームに対応するガルバノミラーを調整すればよい。
【００６６】
図７は、本実施例に係る光ビーム検知装置３８の構成を示している。この光ビーム検知装置３８は、９つのセンサパターンＳＧ，ＳＬ，ＳＳ，ＳＲ，ＳＩ，ＳＪ，ＳＫ，ＳＯ，ＳＰで保持基板３８上に構成されている。
【００６７】
センサパターンＳＩ，ＳＪ，ＳＫは、光ビームの副走査方向に所定のピッチで平行に配設されている。ＳＪ−ＳＫ間は第１の光ビームの通過目標、ＳＪ−ＳＩ間は第２の光ビームの通過目標であり、ＳＪ，ＳＩ，ＳＫは光ビームが各通過目標を通過したことを確認するためのものである。ＳＩ，ＳＪ，ＳＫの光ビーム通過位置と積分出力特性の関係は、図８に示すように各通過目標の中央を光ビームが通過した場合、積分出力はＶｒｅｆとなり、通過目標からずれるに従い連続的に積分出力が変化するような特性を有する。
【００６８】
図９は、図７のような光ビーム検知装置３８を用いた場合の光ビーム検知装置出力処理回路４０とその周辺構成を示している。この例では、相対位置センサＳＯ，ＳＰとして鋸歯状の形状を有するフォトセンサが適用されている。
【００６９】
センサパターンＳＧ，ＳＬは、積分器７５のリセット信号を生成するためのパターンである。センサＳＩ、ＳＪ、ＳＫの光検知出力は、それぞれ電流／電圧（Ｉ／Ｖ）変換器６０〜６２により電流／電圧変換され、差動増幅器６３，６４に供給される。差動増幅器６３はセンサＳＩ、ＳＪ検知出力の差分を出力し、差動増幅器６４はセンサＳＪ、ＳＫ検知出力の差分を出力する。差動増幅器６３、６４の出力は、アナログマルチプレクサ７２により選択的に積分器７５に供給され積分される。
【００７０】
センサパターンＳＰ，ＳＯからの電流出力は、電流電圧変換アンプ６５，６７によって電圧信号に変換された後に差動増幅器６６，６８に入力される。電流電圧変換アンプ６５，６７出力電圧は、補正パルス発生器７０、加算器７１、及び差動増幅器６６，６８により、その振幅が補正され差動増幅器６９に供給される。尚、センサＳＰ、ＳＯの出力信号振幅の補正については後述される。差動増幅器６９の出力信号は、アナログマルチプレクサ７２を介して積分器７５に供給され積分される。
【００７１】
ＳＧ、ＳＬの各出力及び主制御部５１（以下ＣＰＵ５１という）からのセンサ選択信号に応じて、積分リセット選択回路７３は、積分器７５のリセット動作を行う。積分器７５はリセット後、アナログマルチプレクサ７２により選択されたセンサからの出力による積分動作を開始する。
【００７２】
変換開始信号選択回路７４は、センサパターンＳＬ、ＳＲからのセンサ出力及びＣＰＵ５１からの選択信号に応じて、Ａ/Ｄ変換開始信号を生成する。この変換開始信号の発生タイミングで、アナログマルチプレクサ７２により選択された差動増幅器出力の積分結果が、Ａ/Ｄ変換器７６によりデジタル信号に変換される。
【００７３】
このような構成で、マルチビーム光学系の光ビーム相対位置制御について以下に説明する。
【００７４】
まず固定光ビーム（本実施例では半導体レーザ発振器３１ａから発光されるビームａ）のセンサ応答を確認する。ＣＰＵ５１によりセンサＳＯ，ＳＰを選択し、センサＳＬによる積分リセット信号を用いて、ＳＯ，ＳＰの差分出力ＶＤ１の積分を開始する。積分器７５の出力（差分出力積分値）は、センサＳＲによる変換開始信号の発生タイミングで、Ａ/Ｄ変換器７６によりＡ/Ｄ変換され、ＣＰＵ５１はこの値を記憶する。
【００７５】
次に、移動可能な光ビーム（本実施例では半導体レーザ発振器３１ｂから発光されるビームｂ）を用いてセンサＳＩ，ＳＪ，ＳＫの通過目標を通過するようにガルバノミラー３３を制御する。
【００７６】
ＣＰＵ５１によりセンサＳＪ，ＳＫを選択し、移動可能な光ビームの通過位置を、該第１の通過目標（センサＳＪ，ＳＫの中心位置）に追込む。このとき、光ビームを目標付近に移動するには粗調整Ｄ／Ａを用い、最終位置調整には、微調整Ｄ／Ａを用いることで制御時間を短縮できる。
【００７７】
第１の通過目標に光ビーム通過位置追込みを終了後、ＣＰＵ５１によりセンサＳＯ，ＳＰを選択し、このときのＳＯ，ＳＰの差分出力積分値ＶJKを記憶する。
【００７８】
同様に該第２に通過目標（センサＳＩ，ＳＪの中心位置）に光ビームを移動させ、終了後ＳＯ，ＳＰの積分出力ＶJIを記憶する。
【００７９】
２つの通過目標におけるＳＯ，ＳＰの差分出力積分値と通過目標の間隔Ｄｒｐにより、
（ＶJK−ＶJI）／Ｄｒｐ ＝Ｖunit ［Ｖ／μｍ］
を得られる。従って、光ビームを６００ｄｐｉの解像度に調整するには、固定光ビームによるセンサＳＯ，ＳＰの差分出力積分値と移動可能な光ビームによる差分出力積分値の差が、４２．３×Ｖunit［Ｖ］であればよい。ＣＰＵ５１は固定光ビームによるセンサＳＯ，ＳＰの差分出力積分値と移動可能な光ビームによる差分出力積分値の差が、４２．３×Ｖunit［Ｖ］になるように、移動可能な光ビームの通過位置を制御する。
【００８０】
図１０は、副走査制御のおおまかなフロー図である。
【００８１】
図１１は基準ピッチセンサＳＩ，ＳＪ，ＳＫと相対位置センサＳＯ，ＳＰと相対位置センサの出力を示したグラフである。基準ピッチセンサＳＩ，ＳＪ，ＳＫは相対位置検知制御の説明で述べられているように、光ビームの通過位置確認及び制御に用いる。光ビームの通過位置を検知する場合には、基準ピッチセンサＳＩ，ＳＪ，ＳＫから、センサＳＩ，ＳＪ、センサＳＪ，ＳＫのいずれかの組み合わせを選択し、ビームａがセンサ上を走査した際に出力される電流をＩ／Ｖ変換し、それぞれの差をとり、差分出力を得ることによって、ビーム位置を検知することが出来る。
【００８２】
相対位置制御はまず、図１１の基準ピッチセンサＳＪ，ＳＫの中心位置Ｐｊｋに可動ビームａの位置が収束するように可動ビームａを追い込む（以下単に移動するという）。そして、相対位置センサＳＯ，ＳＰの差分出力積分値（電圧Ｖ1）を記憶する。次に同様に、図１２のように基準ピッチセンサＳＩ，ＳＪの中心位置Ｐｉｊに可動ビームａを移動し、そのときの相対位置センサＳＯ，ＳＰの差をとり、その差分を積分した値（電圧Ｖ2）を記憶する。
【００８３】
図１３は図１１及び図１２を合成した図である。中心位置Ｐｊｋと中心位置Ｐｉｊ間の距離Ｄｒｐは、信号のＳ／Ｎ比を改善するために、必要な解像度の整数倍の距離に設定されている。例えば６００ｄｐｉだと４２．３μｍの２倍の８４．６μｍに設定されている。以下、中心位置Ｐｊｋと中心位置Ｐｉｊ間の距離Ｄｒｐを基準ピッチと呼び、この基準ピッチＤｒｐは８４．６μｍに設定されているものとして説明を続ける。図１３のように”Ｖ1 −Ｖ2 ”は基準ピッチに対応する電圧差である。
【００８４】
尚、センサＳＪ、ＳＫはビーム位置検知部（センサＳＰ，ＳＯ）から主走査方向に離れており、第２の通過目標位置（Ｐｊｋ）を含む領域上に配置され、光ビームが該第１の通過目標位置を通過していることを確認するための第１の位置確認部として機能する。センサＳＩ、ＳＪはビーム位置検知部（センサＳＰ，ＳＯ）から主走査方向に離れており、第２の通過目標位置（Ｐｉｊ）を含む領域上に配置され、光ビームが該第２の通過目標位置を通過していることを確認するための第２の位置確認部として機能する。
【００８５】
ここで、相対位置センサの出力信号処理回路の構成は複数のオペアンプを有し、各センサが検知した電気信号の差を積分器により積分するような構成になっている。オペアンプの出力にオフセットが有る場合、図１４のように出力電圧変化領域がずれる。相対位置センサは感度を良くするために測定レンジが狭くなっているため、オフセットがあるとビーム通過位置の検出が不可能となる。従って図１５のように、ビーム位置が測定できるところまでオフセット補正を行ってから測定、制御を行う。
【００８６】
ここでオフセット補正について説明する。
【００８７】
ビーム相対位置センサＳＯ，ＳＰは、ビームの通過位置を広範囲に検知するために、副走査方向に比較的大きなサイズで形成されている。ただし、その一方で、高精度にビーム通過位置を検知しなければならないため、図９の補正パルス発生器７０等を用いて検知レンジを切り換えて、「広範囲を高精度に検知する」といった要求を満たしている。すなわち、ビームの通過位置に応じて、適切な検知レンジを選択してビーム検知及び制御を行う。
【００８８】
ビーム通過位置を高精度に検知するためには、ビーム検知システムの感度（副走査方向ビーム移動距離に対する電圧値）を大きくすればよい。例えば、走査ビームのレーザ光量を大きくしたり、また、Ｉ／Ｖ変換器や差動増幅器の増幅率を大きくしたり、また、積分器の積分定数を小さく（敏感に）することによって、ビーム検知システムの感度は向上する。但し、これらの方法では、ビーム通過位置検知システムを構成する電気回路の出力電圧範囲が有限であるため、高精度に検知することは可能でも、広範囲に検知することはできない。
【００８９】
そこで、感度は上記のままで、広範囲に検知することが可能な、センサ出力補正システムが考案された。検知システムの出力電圧が、回路の上限／下限に達してしまうのは、センサＳＯ，ＳＰいずれかのセンサ出力が大きいため、その差分出力ＶＤ１が電源電圧やＧＮＤ近傍の電圧に飽和するからである。よって、この飽和を防ぐためには、大きい方のセンサ出力を小さくしてやればよい。補正パルス生成回路７０は、センサＳＯ，ＳＰいずれかの大きい方のセンサ出力を小さくするために、補正パルスを発生する。この大きい方のセンサ出力は、補正パルスの振幅値だけ減少される。この結果、差動増幅器６９の出力の飽和すなわち積分器７５の飽和が防止される。
【００９０】
以下、センサ出力の補正動作を具体的に説明する。ここでは図９に示すように、光ビームが１対のセンサパターンＳＰ、ＳＯのセンタ位置よりも下側の位置を通過する場合を想定して回路動作を説明する。
【００９１】
まず、上記補正パルス生成回路７０の補正パルス振幅が基準電圧に設定されている状態、つまり補正無しの状態でビーム位置検知処理を行う。尚、電流電圧変換器６５，６７の出力電圧は、センサＳＰ，ＳＯの出力がないとき、上記基準電圧にバイアスされている。このビーム位置検知処理により主制御部（ＣＰＵ）５１には、Ａ／Ｄ変換器７６を介して積分器７５からの出力信号ＩＮＴが供給される。ＣＰＵ５１は、積分器７５の出力信号ＩＮＴが電源電圧もしくはグランドレベル近傍であるか否かにより、補正の必要性を判断する。
【００９２】
この判断により補正の必要性が有ると判断した場合、ＣＰＵ５１は、１対のセンサパターンＳＰ、ＳＯのうち、どちらのセンサからの出力に補正が必要であるかを判定する。ＣＰＵ５１は、積分器７５からの出力信号が電源電圧（例えば５Ｖ）近傍の場合に、センサパターンＳＰの出力に対する補正を決定する。また、ＣＰＵ５１は、積分器７５からの出力信号がグランドレベル近傍の場合に、センサパターンＳＯの出力に対する補正を決定する。
【００９３】
すなわち、図９に示す回路では、積分器７５からの出力信号が電源電圧近傍の場合に、センサパターンＳＰの出力に対する補正を行い、積分器７５からの出力信号がグランドレベル近傍の場合に、センサパターンＳＯの出力に対する補正を行うようになっている。ここでは、センサパターンＳＯの出力に対する補正が必要と判定したとする。
【００９４】
ＣＰＵ５１は、補正パルス生成回路７０に対して補正実行信号と、センサパターンＳＯの出力に対する補正を行うことを示すセンサ選択信号を送信する。またＣＰＵ５１は、補正パルス生成回路７０に対して補正パルスの振幅を示す補正値ＤＰＩを送信する。この補正値ＤＰＩは最小補正値でも良いし、予め設定されている値から選択しても良い。
【００９５】
以上の結果、補正パルス生成回路７０はセンサパターンＳＯの出力に対してのみ補正パルスを供給するように設定される。この場合補正パルス生成回路７０は、センサパターンＳＰの出力に対しては基準電圧を出力し、補正が行われない。
【００９６】
上記設定を終えた後、再度ＣＰＵ５１は、光ビームがセンサＳＰ，ＳＯ上を通過した際に位置検出を行う。図１６はセンサ出力信号の補正動作を示すタイムチャートである。補正パルス生成回路７０は、ＣＰＵ５１からのデータをＤＡ変換し、光ビームがセンサＳＧを通過すると図１６に示したような補正パルスＯＰＵＬＳを生成する。この生成された補正パルスＯＰＵＬＳの振幅Ｐａは、ＣＰＵ５１から送信された補正値に対応し、差動増幅器６８に入力される。一方、センサパターンＳＰ，ＳＯは、光ビームの通過に伴い電流を発生する。これらのセンサパターンＳＰ，ＳＯからの電流出力は、電流電圧変換増幅器６５，６７によって電圧信号に変換された後に差動増幅器６６，６８に入力される。
【００９７】
差動増幅器６８は、センサＳＯの電流電圧変換アンプ６７の出力電圧と、補正パルス生成回路７０から送信された補正パルスＯＰＵＬＳの振幅Ｐａとの差分ＶＤ３を演算する。従って補正パルスの振幅値Ｐａが大きいほど、センサＳＯ側の出力信号に対する補正が大きい。
【００９８】
また、差動増幅器６６は、センサＳＰの電流電圧変換アンプ６５の出力電圧と補正パルス生成回路７０から送信された基準電圧ＰＰＵＬＳとの差分ＶＤ２を演算する。ここで、差動増幅器６６のゲインが１倍であれば、ＶＤ２は、電流電圧変換器６５の出力電圧と等しくなる。
【００９９】
次に、差動増幅器６９は、ＶＤ２とＶＤ３の差分ＶＤ１を演算する。この演算結果は、アナログマルチプレクサ７２を介して積分器７５に入力される。積分器７５は、差動増幅器７０からの出力電圧を積分する。
【０１００】
同様に、光ビームの通過位置がセンサのセンター位置よりも上側の位置の場合、補正パルス生成回路７０は、ＣＰＵ５１によってセンサパターンＳＰ側の出力のみを補正するように設定される。すなわち、補正パルスＰＰＵＬＳは補正値を含む補正電圧となり、補正パルスＯＰＵＬＳは、補正値を含まない基準電圧となる。これにより、センサパターンＳＰ側の出力信号のみが補正される。この場合も、補正パルスＰＰＵＬＳの振幅値が大きいほど、センサパターンＳＰ側の出力信号に対する補正が大きい。
【０１０１】
上記のように、ＣＰＵ５１により判断される補正値ＤＰＩ及びセンサ選択信号に基づいて、積分器の出力が飽和しないように、相対位置検知センサＳＯ，ＳＰの出力信号が補正される。これにより、電流電圧変換器の増幅率を大きくしたり、積分器の積分定数を敏感にしたりした場合であっても、積分器の出力が飽和することなく、光ビームの検知位置を示す出力信号が正常に得られる。
【０１０２】
ビーム通過位置に応じて、この補正パルス（ＯＰＵＬＳ又はＰＰＵＬＳ）の振幅Ｐａ（補正値ＤＰＩ）を調整することによって、高い検知精度のままで、広範囲を検知することが出来る、また、基本的には、出力の大きなセンサ出力から補正パルス振幅値を減算するが、補正パルスに正負の極性を持たせることによって、小さい方のセンサ出力を大きな値に補正するような構成をとることも可能である。以下、説明を簡単にするため、センサ選択信号に関する説明は省略する。尚、ビーム位置を広範囲及び高精度に検知するシステムの詳細は、本願と同一の譲受人に譲渡された米国特許出願０９／８１６７７３にて説明されている。
【０１０３】
図１７は異なる補正値ＤＰＩに対応する位置検知特性すなわち積分器７５の出力特性グラフＰｉ（Ｐ1、Ｐ2、…）を示す。Ｖｍａｘは積分器７５の最大出力電圧、Ｖｍｉｎは最小出力電圧である。ビームｂとビームｂ’は共に半導体レーザ発振器３１ｂによる可動ビームｂの走査線である。図１７のように、基準ピッチセンサＳＪ，ＳＫの中心位置Ｐｊｋに可動ビームｂを移動したときの電圧Ｖ4 と、基準ピッチセンサＳＩ，ＳＪの中心位置Ｐｉｊに可動ビームｂ′を移動したときの電圧Ｖ3 が、同じ特性グラフ（ここでは特性グラフＰ6）上にある場合、中心位置Ｐｊｋ及びＰｉｊ間の基準ピッチは電圧差”Ｖ3 −Ｖ4 ”により示すことができる。
【０１０４】
しかし、なんらかの要因により制御時のレーザパワーが過大になっていた場合、図１８のように相対位置センサの感度が過敏になってしまい、特性グラフＰｉの傾きが鋭くなる。従って、基準ピッチセンサＳＪ，ＳＫの中心位置Ｐｊｋに可動ビームｂを移動したときと、基準ピッチセンサＳＩ，ＳＪの中心位置Ｐｉｊに可動ビームｂ′を移動したときに、同じ補正パルス振幅Ｐａ（補正値ＤＰＩ）を適用して出力電圧が測定できない。従ってこのような場合、従来の制御方法では位置を制御することが出来なかった。
【０１０５】
そこで、本実施例では図１８のような場合に可動ビームｂ，ｂ′の距離に対応する電圧差を測定するために、図１９のようにビーム位置を測定する際に使用する特性グラフ間の電圧差を可動ビームｃを用いて測定する。電圧”Ｖ5 −Ｖ6” が特性グラフＰ2 とＰ3 の電圧差Ｖ11となる。この電圧差Ｖ11は補正パルスの振幅Ｐａつまり補正値ＤＰＩを変更したことにより変化した差分電圧（差動増幅器ＶＤ１の出力電圧）である。
【０１０６】
同様に図２０のように特性グラフＰ3 とＰ4 の電圧差はＶ12となる。このように基準ピッチを測定するのに必要な特性グラフ間の電圧差を全て測定する。尚、本実施例では前述したように基準ピッチは、必要な解像度の２倍の距離（＝２×４２．３μｍ）に設定されている。
【０１０７】
図２２は基準ピッチに対応する電圧差を求める動作を示すフローチャートである。
【０１０８】
先ず、ＣＰＵ５１はセンサＳＩとＳＪの中心位置Ｐｉｊに可動ビームを、センサＳＩとＳＪの出力を参照して移動する(ＳＴ１）。次にＣＰＵ５１は、補正パルス発生器７０に供給する補正値ＤＰＩを変更して、位置検知特性グラフＰｉを可動ビームの位置が測定できるようになるまで補正し(ＳＴ２）、該電圧値Ｖ10を測定及び記憶する(ＳＴ３）。このときの補正値ＤＰＩの値をＤＰｉｊとすると、ＣＰＵ５１は位置Ｐｉｊを（ＤＰｉｊ、Ｖ10）として記憶する。従って、光ビームの位置を測定したときの積分値（積分器７５の出力値）、及び補正値ＤＰＩを用いて、前記光ビームの副走査方向位置を表す（あるいは特定する）ことができる。
【０１０９】
ステップＳＴ４でＣＰＵ５１は、センサＳＪとＳＫの中心位置Ｐｊｋに、センサＳＪとＳＫの出力を基にして可動ビームを移動する。次にＣＰＵ５１は中心位置Ｐｉｊを測定できた特性グラフを使用して、現在の可動ビーム位置を測定できるか判断する(ＳＴ５）。
【０１１０】
測定できない場合（ＮＯの場合）、ＣＰＵ５１は位置検知特性グラフＰｉを、可動ビームが測定できるようになるまで、補正パルス発生器７０に供給する補正値ＤＰＩを変更し（ＳＴ６）、該電圧値Ｖ9を測定及び記憶する(ＳＴ７）。このときの補正値ＤＰＩの値をＤＰｊｋとすると、ＣＰＵ５１は位置Ｐｊｋを（ＤＰｊｋ、Ｖ9）として記憶する。
【０１１１】
次にＣＰＵ５１は、ステップＳＴ１のビーム位置が位置Ｐｉｊのときに用いた特性グラフＰ6まで、補正値ＤＰＩを最小補正幅づつ補正し、補正当りのグラフ間電圧差をビームｂを用いて測定し記憶する（ＳＴ８）。つまりＣＰＵ５１はＶ11＋Ｖ12＋Ｖ13を測定及び記憶する。
この結果ＣＰＵ５１は、図２１のように基準ピッチ（８４．６μｍ）に対応する電圧差Ｖｄｐを以下のようにして算出する（ＳＴ９）。
【０１１２】
Ｖｄｐ＝（Ｖ9 −Ｖ10）＋Ｖ11＋Ｖ12＋Ｖ13…（１）
Ｐｉｊを測定できる特性グラフを使用して可動ビームを測定できる場合（ＳＴ５でＹＥＳの場合）、可動ビームを位置Ｐｊｋに移動し、そのときの電圧Ｖ9を測定する（ＳＴ１０）。ステップＳＴ１１でＣＰＵ５１は基準ピッチ（８４．６μｍ）に対応する電圧差Ｖｄｐを以下のようにして算出する（ＳＴ１１）。
【０１１３】
Ｖｄｐ＝Ｖ9−Ｖ10 …（２）
以下、基準ピッチに対応する電圧差が（１）式により表わすことができる理由うを説明する。
【０１１４】
図２１に示す複数の特性グラフＰ1、Ｐ2、…は、測定電圧範囲を仮想的に増大することにより、図２３のように１つの特性グラフＰにより表わすことができる。ｙ軸を出力電圧、ｘ軸を走査ビームの副走査方向位置、特性Ｐのｙ軸交点ｑの座標を（０，Ｑ）とする。また、複数の特性グラフＰ1、Ｐ2、…の傾きは同一であるから、該傾きを”−ｍ”とすとすると、特性Ｐは次式のように示すことができる。
【０１１５】
ｙ＝−ｍｘ＋Ｑ …（３）
ここで、直角三角形ａｃｄと直角三角形ｂｄｉは底辺ａｃ及びｂｄの長さが同一で、斜辺ａｄ及びｂｉの傾きが同一であるから合同である。同様に直角三角形ｃｅｆと直角三角形ｉｊｋは合同であり、直角三角形ｅｇｈと直角三角形ｋｌｍは合同である。直角三角形ｑｒｍの垂線ｑｒの長さは、垂線ａｂ、ｄｉ、ｊｋ、ｌｍの和に等しい。すなわち直角三角形ｑｒｍの垂線ｑｒの長さは、垂線ａｂ、ｃｄ、ｅｆ、ｇｈの和に等しい。
【０１１６】
垂線ｑｒは、基準ピッチに対応する（１）式の電圧差Ｖｄｐに対応し、垂線ａｂは電位差Ｖ11に、垂線ｃｄはＶ12に、垂線ｅｆはＶ13に、垂線ｇｈは”Ｖ9 −Ｖ10”に対応する。従って基準ピッチに対応する電圧差Ｖｄｐは（１）式により示すことができる。
【０１１７】
以上の説明は、特性グラフＰ1、Ｐ2、…の間隔が互いに異なる場合でも同様である。
【０１１８】
次に、上記したように基準ピッチに対応する電圧を測定した後、必要な解像度を実現するために、固定ビームに対して可動ビームの位置を移動する。例えば必要解像度が６００ｄｐｉの場合、固定ビームに対して可動ビームが４２．３μｍ離れて走査されるように、可動ビームの副走査方向位置を移動する。従来方式の制御だと、固定ビームと、それに対してある間隔に制御される可動ビームの目標位置が図２１のように同じ特性グラフ上にない場合、位置制御は不可能であった。
【０１１９】
そこで本発明は図２４のように、上記同様に固定ビームに対して可動ビームを制御するために、両ビームを測定できるグラフ間の電圧差を測定する。そして、固定ビームに対する可動ビームの位置が、図２５及び次式に示す制御目標位置相当の電圧Ｖｔｇとなるように、可動ビームを制御する。
【０１２０】
Ｖｔｇ＝（Ｖ17−Ｖ16）＋Ｖ14＋Ｖ15 …（４）
これにより、グラフの感度が鋭い場合でも、問題なく制御をすることができる。
【０１２１】
以下、固定ビームから可動ビームまでの距離が電圧Ｖｔｇに対応する理由を説明する。
【０１２２】
図２４に示す複数の特性グラフＰ1、Ｐ2、…は、測定電圧範囲を仮想的に増大することにより、図２５のように１つの特性グラフＰ’により表わすことができる。ｙ軸を出力電圧、ｘ軸を走査ビームの副走査方向位置、特性Ｐ’のｙ軸交点Ｈの座標を（０，ｈ）とする。また、複数の特性グラフＰ1、Ｐ2、…の傾きは同一であるから、該傾きを”−ｓ”とすとすると、特性Ｐ’は次式のように示すことができる。
【０１２３】
ｙ＝−ｓｘ＋Ｈ …（５）
ここで、直角三角形ＡＣＤと直角三角形ＢＤＥは底辺ＡＣ及びＢＤの長さが同一で、斜辺ＡＤ及びＢＥの傾きが同一であるから合同である。直角三角形ＧＣＥの垂線ＣＥの長さは、垂線ＡＢ、ＤＥの和に等しい。すなわち直角三角形ＧＣＥの垂線ＣＥの長さは、垂線ＡＢ、ＣＤの和に等しい。直角三角形ＨＦＥの垂線ＦＥの長さは、以下のように垂線ＣＥの長さから垂線ＣＦの長さを引いた長さに等しい。
【０１２４】
ＦＥ＝ＣＥ−ＣＦ …（６）
垂線ＡＢは電位差Ｖ1４に、垂線ＣＤはＶ1５に対応するので、垂線ＣＥは”Ｖ1４−Ｖ1５”に対応する。垂線ＣＦは”Ｖ1６−Ｖ1７”に対応する。従って固定ビームと可動ビーム間距離に対応する電圧Ｖｔｇは（４）式により示すことができる。
【０１２５】
以上の説明は、特性グラフＰ1、Ｐ2、…の間隔が互いに異なる場合でも同様である。
【０１２６】
このようにＣＰＵ５１は、ビームｂ及びビームｂ’の位置を測定したときの第１及び第２の積分値（Ｖ9及びＶ10）、及びビームｂ及びビームｂ’を測定できる第１及び第２の補正値に対応する特性グラフ（特性グラフＰ3及びＰ6）間の電圧差”Ｖ11＋Ｖ12＋Ｖ13”に基づいて、ビームｂとビームｂ’間の距離を算出する。
【０１２７】
図２６は固定ビームと可動ビーム間の間隔を４２．３μｍに制御する相対位置制御を示すフローチャートである。
【０１２８】
先ずＣＰＵ５１は、固定ビームの位置を相対位置センサＳＰ，ＳＯを用いて測定する（ＳＴ１１）。次にＣＰＵ５１は、図２２の基準ピッチ測定で得られた基準ピッチに対応する電圧の１／２の電圧（＝Ｖｄｐ／２）を計算する（ＳＴ１２）。Ｖｄｐ／２は解像度６００ｄｐｉにおける走査線間距離４２．３μｍに対応する電圧Ｖｔｇである。
【０１２９】
ステップＳＴ１３でＣＰＵ５１は、固定ビームの位置を測定したときの特性グラフを使用して、可動ビームを所望位置まで移動できるか判断する。測定可能であれば（ＹＥＳの場合）、固定ビームに対して可動ビームが所定の間隔（４２．３μｍ）離れて走査されるように、可動ビームを制御する（ＳＴ１４）。
【０１３０】
測定不可能であれば（ステップＳＴ１３でＮＯの場合）、ＣＰＵ５１は可動ビームを固定ビームの位置から徐々に移動しながら特性グラフを補正し、特性グラフ間電圧差を測定する（ＳＴ１５）。すなわちＣＰＵ５１は、補正パルス発生器７０を用いて特性グラフを最小補正幅づつ補正し、各補正ごとにグラフ間電圧差を可動ビームを移動しながら測定する。
【０１３１】
ステップＳＴ１６でＣＰＵ５１は、固定ビームの測定電圧値（図２５ではＶ17）と、走査線間距離４２．３μｍに対応する電圧Ｖｔｇと、特性グラフ間電圧差（図２５では”Ｖ14＋Ｖ15”と、可動ビームの測定電圧（図２５ではＶ16）が、上記（３）式をみたすように、可動ビームの位置を移動する。
【０１３２】
尚、本実施例は従来の副走査方向ビーム位置制御の精度を上げるために、差動増幅器６９等の増幅率を増加した場合にも適用できることは明らかである。
【０１３３】
以上説明したように図９に示すシステムでは、ある補正値ＤＰＩに対して所定幅のビーム通過位置検知領域が存在し、ＣＰＵ５１が前記所定幅の通過位置検知領域をシフトすることにより、システムの通過位置検知領域が拡大する。
【０１３４】
例えば図２０を参照して説明すると、ある補正値ＤＰＩに対応する特性グラフＰ１はビーム通過位置検知領域ＰＤＡ１を有し、特性グラフＰ２はビーム通過位置検知領域ＰＤＡ２を有する。他の特性グラフも同様にビーム通過位置検知領域を有し、これら検知領域の検知幅は実質的に同一である。
【０１３５】
センサＳＯ、ＳＰ、補正パルス発生器７０、アンプ群６５〜６８及び積分器７５等により構成される通過位置検知部は、入力されるシフト信号すなわち補正値ＤＰＩに応じて、前記所定幅の通過位置検知領域をシフトする。ＣＰＵ５１は、前記通過位置検知部がビーム通過位置を検知できるように、前記通過位置検知部に対して前記シフト信号（補正値ＤＰＩ）を発生して前記通過位置検知領域をシフトする。これにより、前記所定幅より広い領域において前記通過位置検知部は、前記ビーム通過位置を検知することが可能となる。
【０１３６】
又、ＣＰＵ５１によりシフトされた前記通過位置検知領域は、シフトされる前の領域と重なる領域を有している。例えば、ＣＰＵ５１により特性グラフがＰ１からＰ２にシフトした場合、特性グラフＰ１とＰ２の位置検知領域には、図２０の領域ＰＦのように重なる領域が存在する。このように、隣合う特性グラフに対応する通過位置検知領域に、重なる領域が存在するように、補正値ＤＰＩの最小増減量が決定される。
【０１３７】
次に本発明の第２の実施例について説明する。
【０１３８】
本複写機の電源が投入されると、プリンタ部についてＣＰＵ５１は、定着器２６の加熱制御、光ビームパワー制御、検知装置出力処理回路４０のオフセット補正処理、感光ドラム１５の表面条件を一定にするなどのプロセス関連の初期化、光ビーム副走査方向位置制御、主走査方向光ビーム位置制御を実行し、装置はスタンバイの状態となる。
【０１３９】
スタンバイの状態で、コントロールパネル５３から複写指令を受信すると（コピーボタンが押下されると）、ＣＰＵ５１は複写を実行する。複数枚の連続コピーの場合、或る用紙の印刷の終了から次の用紙の印刷開始までの間に紙間制御を行う。紙間制御とは、ビーム副走査方向位置が所望の位置からずれている場合に、該副走査方向位置の設定値を最小調整量だけ変更する制御を示す。
【０１４０】
図２７は紙間制御動作を示すフローチャートである。ＣＰＵ５１は可動ビームの副走査方向位置を検知し（ＳＴ２１）、検知した副走査位置が所定範囲内に含まれていない場合、副走査位置を１ステップ移動する（ＳＴ２３）。この１ステップはガルバノミラー３３の最小調整量である。
【０１４１】
即ちＣＰＵ５１はガルバノミラー駆動回路３９内に設けられたＤ／Ａ変換器（図示されず）に設定されている値（指示値）を”１”だけ減少あるいは増加する。減少／増加は、検知したビーム副走査位置の所望位置からのずれにより決定される。
【０１４２】
該Ｄ／Ａ変換器は変更された指示値に応じてアナログ出力を変更し、ガルバノミラー駆動回路３９ａは該アナログ出力を増幅してガルバノミラーに供給する。その結果、ガルバノミラーの角度が１ステップ変化し、可動ビームの副走査方向位置が変更される。このようにして、ガルバノミラーの経時的変化が補正される。連続コピー中、この紙間制御は複数枚のコピーに１回行っても良いし、紙間毎に行っても良い。
【０１４３】
スタンバイのとき、ＣＰＵ５１は所定時間おきに紙間制御を行う。この紙間制御は上記連続コピー中に行う制御と同一の制御である。即ち数ｍ秒に１度、ＣＰＵ５１はビーム副走査方向位置を検知し、所望の位置からずれている場合、ビーム副走査方向位置の指示値を最小調整量だけ変更する。
【０１４４】
スタンバイ制御中に、ガルバノミラーのドリフトの影響で可動ビーム位置が目標と差がある場合、従来では図２８のようにガルバノの指示値を１ｓｔｅｐずつ変え、ｔ1 秒でビーム位置を目標位置付近になるようにしている。しかし本実施例では、図２９のように同じ方向に指示値が例えば増加した場合、その次は倍のｓｔｅｐ数（図では２ｓｔｅｐ）増加し、更に同じ方向に指示値を増加する場合は更に倍のｓｔｅｐ数（図では４ｓｔｅｐ）、というように指示値増加量を大きくしていく。ただし、指示値の変化方向が逆方向（ここでは減少方向）になると再び１ｓｔｅｐの変化に戻し、同じ方向に指示値を変える場合は倍のｓｔｅｐ数変化させ、更に同じ方向に指示値を変える場合は更に倍というように指示値を変化させる。このようにして、短時間（ｔ2 時間）でビーム位置を目標位置に収束させることができる。
【０１４５】
つまりＣＰＵ５１は、前記ビーム通過位置変更部（ガルバノミラー駆動回路３９）に増減方向が同一の第１及び第２の指示値を与え、次の第３の指示値の増減方向も前記第１及び第２の指示値と同一の場合、該第３の指示値の増減量を、前記第１の指示値に対する第２の指示値の増減量より大きな値に設定し、前記ビーム通過位置変更部に与える。
【０１４６】
上記ガルバノミラー制御は、連続コピー中の紙間制御においても同様である。すなわち、連続コピー中ＣＰＵ５１は、このようなガルバノミラー指示値変更を複数枚のコピーに１回、又は紙間毎に行う。
【０１４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、レーザパワーが高い場合でもビーム副走査方向位置を検出し、更に従来より高い精度で該ビーム位置を検知できる光ビーム走査装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るデジタル複写機に関する概略構成図。
【図２】光学系ユニットの構成と感光ドラムの位置関係を示す図。
【図３】光学系の制御を主体にした制御系を示すブロック図。
【図４】ガルバノミラー駆動回路の具体的な回路例を示す構成図。
【図５】光ビーム検知装置出力処理回路の構成ブロック図。
【図６】センサパターンＳＯ，ＳＰの構成及び光ビーム通過位置とセンサパターン出力の積分出力の関係を示した図。
【図７】光ビーム検知装置の構成を概略的に示した図。
【図８】センサパターンＳＫ，ＳＪ，ＳＩの構成及び光ビーム通過位置とセンサパターン出力の積分出力の関係を示した図。
【図９】光ビーム検知装置出力処理回路の構成ブロック図。
【図１０】副走査制御を示すフローチャート。
【図１１】相対位置制御の具体例を示す図。
【図１２】相対位置制御の具体例を示す図。
【図１３】相対位置制御の具体例を示す図。
【図１４】相対位置制御の具体例を示す図。
【図１５】相対位置制御の具体例を示す図。
【図１６】センサ出力信号の補正動作を示すタイムチャート。
【図１７】制御時のレーザパワーが強い場合の相対位置制御の具体例を示す図。
【図１８】制御時のレーザパワーが強い場合の相対位置制御の具体例を示す図。
【図１９】制御時のレーザパワーが強い場合の新相対位置制御の具体例を示す図。
【図２０】制御時のレーザパワーが強い場合の新相対位置制御の具体例を示す図。
【図２１】制御時のレーザパワーが強い場合の新相対位置制御の具体例を示す図。
【図２２】基準ピッチに対応する電圧差を求める動作を示すフローチャートである。
【図２３】基準ピッチに対応する電圧差が（１）式により表わすことができる理由を説明するための図。
【図２４】固定ビームに対して可動ビームの位置を制御する様子を示す図。
【図２５】固定ビームに対して可動ビームの位置を制御する様子を示す図。
【図２６】固定ビームと可動ビーム間の間隔を４２．３μｍに制御する相対位置制御を示すフローチャート。
【図２７】紙間制御動作を示すフローチャート。
【図２８】ガルバノの指示値を１ｓｔｅｐずつ変え、ｔ1 秒でビーム位置を目標位置付近に調節する様子を示す図。
【図２９】本発明によるガルバノミラーの指示値提供方法を示す図。
【符号の説明】
１…スキャナ部、２…プリンタ部、５…集光レンズ、６…光電変換素子、８…原稿固定用のカバー、９…光源、１０、１１、１２…ミラー、１３…レーザ光学系ユニット、１５…感光体ドラム、１６…帯電器、１７…現像器、１８…転写チャージャ、１９…剥離チャージャ、２０…クリーナ
Claims (4)
- 光ビームを発生するビーム発生器と、
前記ビーム発生手段から発生される光ビームを被走査面へ向けて反射し、前記光ビームにより前記被走査面を主走査方向に走査する光ビーム走査手段と、
前記光ビーム走査手段により走査される光ビームの通過位置を変更する光ビーム通過位置変更手段と、
前記光ビームの走査方向と直交する副走査方向のビーム通過位置変化に対してその検知結果出力が連続的に変化する通過位置検知手段と、
前記光ビームの通過位置が目標通過位置と一致していない場合、光ビームの通過位置が目標位置になるように、前記光ビーム通過位置変更手段の指示値を変更する光ビーム通過位置制御手段と、を具備し、
前記光ビーム通過位置制御手段は、前回と同じ方向に指示値を変更する場合、前回前記光ビーム通過位置変更手段に指示した変更量よりも大きい変更量を前記光ビーム通過位置変更手段に指示することを特徴とする光ビーム走査装置。 - 前記光ビーム通過位置変更手段によって変更された光ビームの通過位置が目標通過位置を超えていたならば、前記ビーム通過位置制御手段は、前回前記光ビーム通過位置変更手段に指示した移動方向とは逆の方向で、前回前記光ビーム通過位置変更手段に指示した変更量未満で最小増減量以上の変更量を指示することを特徴とする請求項１記載の光ビーム走査装置。
- 請求項１又は２に記載の光ビーム走査装置と、
前記光ビーム走査装置から出力された前記光ビームにより静電潜像が形成される感光体と、
前記感光体に形成された静電潜像を現像する現像手段と、
前記現像手段によって現像されたトナー像を用紙に転写する転写手段を備えることを特徴にする画像形成装置。 - 請求項１又は２記載の光ビーム走査装置と、
前記光ビーム走査装置から出力された前記光ビームにより静電潜像が形成される感光体と、
前記感光体に形成された静電潜像を現像する現像手段と、
前記現像手段によって現像されたトナー像を用紙に転写する転写手段を備え、
前記通過位置制御手段はスタンバイ状態または複数枚の連続コピー中にビーム通過位置制御を行うことを特徴にする画像形成装置。
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