(57)【要約】【課題】全走査領域での、走査ビームにより形成される走査方向のドット位置を正確に測定できる走査光学系のドット位置測定装置を提供する。【解決手段】発光制御部１７と、同期ＰＤ１３と、光センサ１８と、光センサ信号検出部４１と、光センサ１８の前段に配置され入射する光束を制限する遮光手段と、微動ステージと、位置検出部４８と、データ格納部４２と、演算部４３とを備え、ビーム走査中に１ドットに相当する時間だけ点灯させ、ドット形成位置で遮光手段を通してレーザビームを繰返し走査して光センサ１８に受光させ、遮光手段の位置を微動させてレーザビームを横切らせ、被走査面上に形成されるドットの走査方向位置を測定する。【選択図】      図１
2004286508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを走査させて被走査面上にドットを形成させる走査光学系において、
前記レーザビームを出射するレーザ光源の発光タイミングを制御し所定の発光時間と間隔でパルス発光させる発光制御手段と、
前記レーザビームの走査タイミングとして走査同期信号を検出する走査同期信号検出手段と、
ビーム走査線上に配置されたレーザビームのスポット面積より広い面積を有する光センサと、
該光センサの出力信号を検出する光センサ信号検出手段と、
前記光センサの前段に配置され入射する光束を制限する遮光手段と、
該遮光手段を走査方向に微動させる微動ステージと、
前記遮光手段の位置を検出する位置検出手段と、
前記遮光手段の位置と前記光センサからの出力信号との各測定データを格納するデータ格納手段と、
前記測定データに基づいてドット位置を演算する演算手段とを備え、
ビーム走査中に１ドットに相当する時間だけ点灯させ、ドット形成位置で該遮光手段を通してレーザビームを繰返し走査して前記光センサに受光させ、前記遮光手段の位置を微動させてレーザビームを横切らせ、被走査面上に形成されるドットの走査方向位置を測定することを特徴とする走査光学系のドット位置測定装置。
【請求項２】
前記遮光手段は、レーザビームの走査方向の径より狭い幅であり、前記レーザビームの走査方向と垂直な方向の径より長いスリットを備えていることを特徴とする請求項１記載の走査光学系のドット位置測定装置。
【請求項３】
前記微動ステージと平行に配置され、前記光センサ、前記遮光手段及び該微動ステージを搭載して、前記走査光学系の有効走査幅を走査方向に粗動する粗動ステージを備えたことを特徴とする請求項１記載の走査光学系のドット位置測定装置。
【請求項４】
前記位置検出手段が、前記遮光手段と同一部材に取付けられた位置検出ヘッドと、前記走査光学系の有効走査幅以上の検出幅を持つ位置検出スケールとからなることを特徴とする請求項１記載の走査光学系のドット位置測定装置。
【請求項５】
前記発光制御手段から前記レーザ光源を点灯させるＬＤ駆動信号に同期させた外部トリガ信号を発生する外部トリガ発生手段を備え、これを検出タイミングとして、前記光センサ信号検出手段が光センサからの出力信号を取得することを特徴とする請求項１に記載の走査光学系のドット位置測定装置。
【請求項６】
前記光センサ信号検出手段は、一走査期間中で出力信号の最大値のみ取得するデータ特定手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載の走査光学系のドット位置測定装置。
【請求項７】
前記微動ステージにより前記遮光手段の位置を微動させて、それぞれの位置で取得した光センサからの出力信号が最大となるよう、前記遮光手段の位置をサーチさせるレーザビームの位置追従制御手段と、該遮光手段の位置がある収束幅内に収束した場合に収束信号を発生させる収束信号発生手段と、該遮光手段の前記位置検出手段が、一回もしくは複数回の位置測定データを前記データ格納手段に格納することを特徴とする請求項１に記載の走査光学系のドット位置測定装置。
【請求項８】
前記走査光学系はポリゴンミラーを有し、前記発光制御手段は、前記走査同期信号検出手段からの走査同期信号をカウントすることによってポリゴンミラーの特定の面で走査されるレーザビームに限って発光させることを特徴とする請求項１に記載の走査光学系のドット位置測定装置。
【請求項９】
前記発光制御手段は、前記走査同期信号検出手段によって走査同期信号を取込み、この信号に同期させてレーザビームを１ドットに相当する時間だけの発光を、一走査期間中に一定の時間間隔で繰返し発光できる発光モードを備えていることを特徴とする請求項１に記載の走査光学系のドット位置測定装置。
【請求項１０】
前記発光制御手段からレーザビームを一走査期間中に一定の時間間隔で繰返し発光させて被走査面上に複数のドットを形成させ、前記粗動ステージを用い走査光学系の走査速度と発光時間間隔から計算されるドット間隔だけの移動を繰返し、該走査光学系の有効走査幅内のそれぞれの位置で測定されたドット位置測定データを格納するデータ格納手段と、それぞれのドット位置において、理想的なドット位置からのずれ量、および、近接した２点間の距離から局所的な倍率誤差を算出する演算手段とを備えたことを特徴とする請求項３に記載の走査光学系のドット位置測定装置。
【請求項１１】
前記遮光手段が前記スリットに隣接して配置されたスリットを有し、該隣接して配置されたスリットは、レーザビームの径より狭い幅であり、走査方向に対し任意な角度を有し、ビーム径より長いことを特徴とする請求項２に記載の走査光学系のドット位置測定装置。
【請求項１２】
前記発光制御手段からレーザビームを一走査期間中に一定の時間間隔で繰返し発光させて被走査面上に複数のドットを形成させ、前記粗動ステージを用い走査光学系の走査速度と発光時間間隔から計算されるドット間隔だけの移動を繰返し、該走査光学系の有効走査幅内のそれぞれの位置で測定されたドット位置測定データを格納するデータ格納手段と、
前記測定データに基づいてそれぞれのドットの走査方向位置と走査方向に垂直な垂直方向位置とを算出し、走査方向位置の算出結果に基づいて理想的なドット位置からのずれ量を算出すると共に、近接した２点間の距離に基づいて局所的な倍率誤差を算出し、且つ、垂直方向位置の算出結果に基づいて走査光学系の走査線曲がり量を算出する演算手段とを備えたことを特徴とする請求項３に記載の走査光学系のドット位置測定装置。
【請求項１３】
前記走査光学系が組み付けられた画像形成装置に備える感光体ドラムユニットを外した該感光体ドラムユニットの占有空間内に、請求項１に記載の走査光学系のドット位置測定装置の内、少なくとも光センサ、遮光手段、微動ステージ、粗動ステージ及び位置検出手段からなる測定装置ハードウェア部を挿入して、実際の使用状態で、被走査面での走査方向のドット位置を測定することを特徴とする走査光学系のドット位置測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査光学系のドット位置測定方法及びその装置に関し、詳しくは走査光学系を有する画像形成装置として、例えば、レーザビームを走査させて書込む方式のものやＬＥＤアレイ方式に代表される固体撮像方式などに係わり、特に、光書込みビームを感光体上に露光して画像形成を行うレーザビームプリンタ、レーザファクシミリ、カラー複写機等の画像形成装置に使用されている走査光学系の書込み位置を測定することができる走査光学系のドット位置測定方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザープリンタ、複写機、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる走査光学ユニットは、一般にレーザ光源、コリメートレンズ、各種レンズ・ミラー、ポリゴンミラーなどで構成される走査光学系を有している。感光体上の点像は、ポリゴンミラーの回転による主走査方向への走査が行われ、また、感光体ドラムの回転により、副走査方向への走査が行われ、静電潜像を形成する。この静電潜像が形成された感光体ドラムの表面にトナーを付着させて顕像化させることによりトナー像を形成し、このトナー像を転写紙に転写すると共に定着して、その転写紙に画像を形成する。
【０００３】
この走査光学ユニットを複数色のトナー分だけ備えているカラー画像形成装置においては、複数の感光体上の像を順次一枚の転写紙に重ね合わせて像が完成するのであるから、各色の像の位置を一致させる必要がある。しかし、上述のようなレーザビームを利用して感光体の露光処理を行なう装置にあっては、光学系におけるレンズ（ｆθレンズ）やミラーの形状精度や位置精度によりｆθ特性が異なったり、ポリゴンミラーの回転精度（ジッター）の影響で走査ビームによるドットの形成される位置が異なる。また、光学ユニットの取付誤差や環境変化（温度、湿度等の変化）に伴う装置フレーム変形によってもドット形成位置ずれが生じる。
【０００４】
そこで、カラー画像形成装置における各走査光学ユニットによって形成された主走査方向のドット位置を合わせるために、ドット位置を測定する技術や、取得した測定値を用いて位置ずれ量を補正する技術が開発されている。
【０００５】
即ち、カラー画像形成装置における印字位置を補正する方法が種々提案されている。例えば、特開平１１−３５２７４４号公報に開示の技術では、基準原稿として特定パターンからなる画像データに基づいてプリンタエンジンで画像を形成し、その印字した原稿をスキャナまで送って当該画像を読み取り、読み取られた画像と元の画像データとを比較することで、各色の走査光学ユニットによって生じる画像の歪み量を求めている。そして、この検出された画像の歪み量を補正することで、各色の印字位置ずれを補正し、画像の色ずれを補正する技術も提案されている。ところが、この方法では、レーザビームによる画像書き出し照射位置および画像書き終わり照射位置を合致させても、その中間においてレーザビームの位置が異なり、その部分において色ズレが発生することがある。
【０００６】
また、本出願人が先に提案した特開２００２−８６７９５号公報に開示された技術では、走査光学系の被走査面でのビーム像を対物レンズで拡大し、ＣＣＤカメラでの撮像を、走査方向へＣＣＤカメラを移動させながら、それぞれの位置でのビーム像からビーム光量分布やビーム位置の測定を行っている。拡大光学素子の結像長さやそれ自身の大きさ、及び、ＣＣＤカメラの大きさのために、測定装置を画像形成装置内に入れることが困難であるため、走査光学ユニットを画像形成装置に組込んだ状態でドット位置を測定することはできていない。
【０００７】
また、特許第３２３１６１０号に開示の技術では、走査光学ユニットを画像形成装置に実装する前に、走査ビームを結像位置にて所定の間隔で設置されたＣＣＤカメラにより撮像し、複数のＣＣＤカメラから取得したドット位置から、カメラの台数で均等に分割された区間におけるビデオクロックをそれぞれ三種類（基準周期、短周期、長周期）の中から選択指定する等速補正データを生成し、これをもとに光源を発光制御し、レーザビームの照射位置を制御して等速誤差の補正を行い、カラー画像形成装置の色ずれを低減させている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−３５２７４４号公報
【特許文献２】
特開２００２−８６７９５号公報
【特許文献３】
特許第３２３１６１０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許第３２３１６１０号に開示の技術では、走査光学ユニットにおける被走査面でのドット位置は、固定された限られた台数のＣＣＤカメラでしか測定できず、主走査方向に５つのドット位置しか測定していないため、位置補正データは、実際の測定されたドット位置から算出されないので、理想の修正量ではない。このため、場所によっては、かえって位置ずれを増大させてしまう場合が生じる。また、近接した（例えば、６０μｍ〜１ｍｍ）ドット間隔の測定を行えないので、局所的なドット位置の修正等を行なうことができない。
【００１０】
そこで本発明は、走査光学系におけるレンズ（ｆθレンズ）やミラーの形状精度やその取付位置不良、および、ポリゴンミラーの回転精度（ジッター）に起因する等速性誤差に伴うドット位置ずれや、光学ユニットの取付誤差や環境変化（温度、湿度等の変化）に伴う装置フレーム変形によって生じるドット位置ずれを画像形成装置に組付けた状態で実際の使用条件のもとでドット位置の測定および評価を行なうことができ、画像形成装置における走査ビームの照射位置補正により適切なドットを形成させるために、全走査領域での、走査ビームにより形成される走査方向のドット位置を正確に測定できる走査光学系のドット位置測定装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、レーザビームを走査させて被走査面上にドットを形成させる走査光学系において、
前記レーザビームを出射するレーザ光源の発光タイミングを制御し所定の発光時間と間隔でパルス発光させる発光制御手段と、
前記レーザビームの走査タイミングとして走査同期信号を検出する走査同期信号検出手段と、
ビーム走査線上に配置されたレーザビームのスポット面積より広い面積を有する光センサと、
該光センサの出力信号を検出する光センサ信号検出手段と、
前記光センサの前段に配置され入射する光束を制限する遮光手段と、
該遮光手段を走査方向に微動させる微動ステージと、
前記遮光手段の位置を検出する位置検出手段と、
前記遮光手段の位置と前記光センサからの出力信号との各測定データを格納するデータ格納手段と、
前記測定データに基づいてドット位置を演算する演算手段とを備え、
ビーム走査中に１ドットに相当する時間だけ点灯させ、ドット形成位置で該遮光手段を通してレーザビームを繰返し走査して前記光センサに受光させ、前記遮光手段の位置を微動させてレーザビームを横切らせ、被走査面上に形成されるドットの走査方向位置を測定することを特徴とする走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、被走査面に光センサを配置し、入射するレーザビームを遮光手段で光束を制限し、微動ステージを使って遮光手段の位置を微動させてレーザビームを横切らせることで、遮光手段の位置と得られた光センサからの出力信号に基づいて、ドット位置を演算し、この演算結果から走査光学ユニットから照射されるレーザビームにより被走査面に形成されるドット位置を測定できる。
【００１２】
また、請求項２の発明は、前記遮光手段は、レーザビームの走査方向の径より狭い幅であり、前記レーザビームの走査方向と垂直な方向の径より長いスリットを備えていることを特徴とする請求項１記載の走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、光センサの遮光手段として、レーザビームの走査方向の径（以下主走査ビーム径という）より十分小さい幅（例えば、数μｍ）とすることで、光センサを含めた検出系の小型化を可能としている。
【００１３】
また、請求項３の発明は、前記微動ステージと平行に配置され、前記光センサ、前記遮光手段及び該微動ステージを搭載して、前記走査光学系の有効走査幅を走査方向に粗動する粗動ステージを備えたことを特徴とする請求項１記載の走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、粗動ステージを用いて光センサの位置を順次移動することで有効走査幅において任意の位置においてドット位置を測定できる。
【００１４】
また、請求項４の発明は、前記位置検出手段が、前記遮光手段と同一部材に取付けられた位置検出ヘッドと、前記走査光学系の有効走査幅以上の検出幅を持つ位置検出スケールとからなることを特徴とする請求項１記載の走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、光センサに入射する光束を制限する遮光手段の位置をもとにドット位置の測定を行っているが、この遮光手段は、微動ステージと粗動ステージが平行に配置されているので、いずれのステージで移動しても同一の位置検出手段で検出できる。位置検出手段からの信号は、予め校正しておくことで測定誤差を小さくできる。必要に応じて測定分解能を高めることも容易である。また、位置検出手段が１つで済むので、装置全体の大きさを小型化できる。
【００１５】
また、請求項５の発明は、前記発光制御手段から前記レーザ光源を点灯させるＬＤ駆動信号に同期させた外部トリガ信号を発生する外部トリガ発生手段を備え、これを検出タイミングとして、前記光センサ信号検出手段が光センサからの出力信号を取得することを特徴とする請求項１に記載の走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、ＬＤ駆動信号と光センサの検出タイミングを同期させることで、光センサにレーザビームが照射されるタイミングで確実にその出力信号を取得することができる。
【００１６】
また、請求項６の発明は、前記光センサ信号検出手段は、一走査期間中で出力信号の最大値のみ取得するデータ特定手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載の走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、レーザビームの光源を一走査期間中に複数回点灯させた場合において、ＬＤ駆動信号に同期させた外部トリガ信号を使って光センサからの出力信号をサンプリングするため、光センサが受光しない場合でもデータを取込むが、一走査期間内で出力信号の最大値のみデータとして使用すれば、光センサにレーザビームが受光した時点で有効なデータを取得できる。
【００１７】
また、請求項７の発明は、前記微動ステージにより前記遮光手段の位置を微動させて、それぞれの位置で取得した光センサからの出力信号が最大となるよう、前記遮光手段の位置をサーチさせるレーザビーム位置追従制御手段と、該遮光手段の位置がある収束幅内に収束した場合に収束信号を発生させる収束信号発生手段と、該遮光手段の前記位置検出手段が、一回もしくは複数回の位置測定データを前記データ格納手段に格納することを特徴とする請求項１に記載の走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、レーザビームに対して遮光手段を微動ステージにより移動させて、この光センサからの出力信号を測定のたびに前回測定結果より、大きいかどうかの判断を行わせ、出力信号が最大になるように遮光手段の位置をドット位置中心に追従動作させる。これにより、遮光手段位置からドット位置の測定を行うことができる。また、出力信号の最大値の更新がなく、位置検出値の変動幅が所定の幅に収束したことを収束信号発生手段から発生させることで、より正確なドット位置計測が可能となる。
前記収束信号発生手段により発生した収束信号を検知した後、前記位置検出手段により複数回測定された測定値の平均値からドット位置を算出するので、レーザビームの短時間で生じる揺らぎ成分を平均化でき、安定したドット位置測定が可能となる。
【００１８】
また、請求項８の発明は、前記走査光学系はポリゴンミラーを有し、前記発光制御手段は、前記走査同期信号検出手段からの走査同期信号をカウントすることによってポリゴンミラーの特定の面で走査されるレーザビームに限って発光させることを特徴とする請求項１に記載の走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、発光制御手段は、走査同期信号検出手段からの走査同期信号をカウントすることによってポリゴンミラーの特定の面を選択して発光させることができるので、ポリゴンミラー各面の面精度に起因する位置ずれ成分が入らないように測定を行える。また、各面ごとのドット位置測定を行うこともできる。
【００１９】
また、請求項９の発明は、前記発光制御手段は、前記走査同期信号検出手段によって走査同期信号を取込み、この信号に同期させてレーザビームを１ドットに相当する時間だけの発光を、一走査期間中に一定の時間間隔で繰返し発光できる発光モードを備えていることを特徴とする請求項１に記載の走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、発光制御手段は、走査同期信号検出手段によりレーザビームの走査開始の基準位置を検出し、同期信号発生手段によって発生する走査同期信号に同期させて、光源の発光制御するため、被走査面に再現性良くドットを形成することができる。また、一走査期間中に一ドット相当の発光を一定時間間隔で繰返すことで、複数のドットを形成させることができる。また、粗動ステージを所定ピッチで移動させることで、近接した（例えば、６０μｍ〜１ｍｍ）ドット間隔の測定を行なえる。
【００２０】
また、請求項１０の発明は、前記発光制御手段からレーザビームを一走査期間中に一定の時間間隔で繰返し発光させて被走査面上に複数のドットを形成させ、前記粗動ステージを用い走査光学系の走査速度と発光時間間隔から計算されるドット間隔だけの移動を繰返し、該走査光学系の有効走査幅内のそれぞれの位置で測定されたドット位置測定データを格納するデータ格納手段と、それぞれのドット位置において、理想的なドット位置からのずれ量、および、近接した２点間の距離から局所的な倍率誤差を算出する演算手段とを備えたことを特徴とする請求項３に記載の走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、走査光学系の有効走査幅に一定の間隔で打たれる複数のドット位置を測定できる。また、測定データを格納することで、それぞれの位置における理想的なドット位置、即ち設計上のドット位置とのずれ量の測定、および、近接した２点間の距離から局所的な倍率誤差を計算することができる。
【００２１】
また、請求項１１の発明は、前記遮光手段が前記スリットに隣接して配置されたスリットを有し、該隣接して配置されたスリットは、レーザビームの径より狭い幅であり、走査方向に対し任意な角度を有し、ビーム径より長いことを特徴とする請求項２に記載の走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、遮光手段の形状を斜めスリットに変更して、これを主走査方向と副走査方向にそれぞれ移動させることで、ドット位置の二方向の位置を同時に測定することができる。
【００２２】
また、請求項１２の発明は、前記発光制御手段からレーザビームを一走査期間中に一定の時間間隔で繰返し発光させて被走査面上に複数のドットを形成させ、前記粗動ステージを用い走査光学系の走査速度と発光時間間隔から計算されるドット間隔だけの移動を繰返し、該走査光学系の有効走査幅内のそれぞれの位置で測定されたドット位置測定データを格納するデータ格納手段と、
前記測定データに基づいてそれぞれのドットの走査方向位置と走査方向に垂直な垂直方向位置とを算出し、走査方向位置の算出結果に基づいて理想的なドット位置からのずれ量を算出すると共に、近接した２点間の距離に基づいて局所的な倍率誤差を算出し、且つ、垂直方向位置の算出結果に基づいて走査光学系の走査線曲がり量を算出する演算手段とを備えたことを特徴とする請求項３に記載の走査光学系のドット位置測定装置である。この構成では、ドット位置の二方向の位置測定を有効走査幅方向に繰返すことで、近接した２ドット間の走査方向および副走査方向の離間した距離から、局所的な倍率誤差および走査線曲がり量の測定を行うことができる。
【００２３】
また、請求項１３の発明は、前記走査光学系が組み付けられた画像形成装置に備える感光体ドラムユニットを外した該感光体ドラムユニットの占有空間内に、請求項１に記載の走査光学系のドット位置測定装置の内、少なくとも光センサ、遮光手段、微動ステージ、粗動ステージ及び位置検出手段からなる測定装置ハードウェア部を挿入して、実際の使用状態で、被走査面での走査方向のドット位置を測定することを特徴とする走査光学系のドット位置測定方法である。この構成では、測定装置のハードウェア部は、光センサと遮光手段と微動ステージと粗動ステージと位置検出手段から構成されているので、非常に小型化することができる。このため、画像形成装置における消耗品として交換される感光体ドラムユニットの代わりに、ドラム挿入部と案内機構を同一にすることで、そのまま画像形成装置に挿入して、実際の使用状態で、レーザビームにより形成されるドット位置の測定を行うことができる。これにより、光学系におけるレンズ（ｆθレンズ）やミラーの形状精度や取付位置不良およびポリゴンミラーの回転精度（ジッター）に起因する等速性誤差に伴う位置ずれや、光学ユニットの取付誤差や環境変化（温度、湿度等の変化）に伴う装置フレーム変形によって生じる位置ずれを感光体位置で直接一回測定するだけでドット位置の測定を行うことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る一実施形態の走査光学系のドット位置測定装置の概略システム構成図である。
図１を用いて、この走査光学系のドット位置測定装置（以下「測定装置」という）の概略システム構成について説明する。ここでは、走査光学系を有する走査光学ユニット１１の測定の場合を説明する。
【００２５】
走査光学ユニット１１は、レーザダイオードからなるレーザ光源（以下「ＬＤ」１２という）と、走査ビーム（レーザビーム）の走査開始位置を検出するフォトダイオード（以下「同期ＰＤ」という）１３は、測定装置１０と入出力できるようコネクタ接続できるようにしてある。また、ポリゴンミラー１４への信号入出力もコネクタ接続できるようにしておく。
【００２６】
これにより、測定装置１０は、ＬＤ１２から光ビームであるレーザビームをポリゴンミラー１４の反射面に向けて照射し、レーザビームを反射させて走査させる（走査ビーム）。
走査ビームは、同期ＰＤ１３に照射され、走査ビームの走査開始位置となる同期信号１６を得る。
【００２７】
次に、走査ビームは、コリメータレンズ等のレンズ（図示せず）により、ポリゴンミラー１４によって反射し、ｆθレンズ１５などの構成により走査され、感光体像位置Ｒに焦点を結んで直線上に結像する。このとき、測定装置１０は、ＬＤ１２に対し、発光制御部１７により予め設定されていたパターンでＬＤ駆動信号をもとに発光走査させ、この感光体像位置Ｒに配置した光センサ１８に入射させる。光センサ１８の出力信号はアンプ１９にて増幅され、高速Ａ／Ｄコンバータ２０にてデジタルデータに変換し、計測部ＣＰＵ４０にある光センサ信号検出部４１はデータ特定手段を用いて、有効データを特定し、データ格納部４２に格納している。計測部ＣＰＵ４０は、このほかに、取得したデータを演算して、ドット位置を算出する演算部４３と発光制御部１７に指令信号を発するＩ／Ｏ４４と光センサ１８の移動する機構を制御する機構制御部４５から構成されている。移動機構は、機構制御部４５からの指令に加え、位置追従制御部４６からの指令によって位置追従制御される。
【００２８】
図２は図１の走査光学系のドット位置測定装置の概略装置正面図、図３は図１の走査光学系のドット位置測定装置の概略装置断面図である。
遮光手段２１を微動ステージ２３によって微動させることで、光センサ１８に入射する光束に対する遮光位置を変えながら出力信号を取得している。微動ステージ２３は、例えば、二本の微動ステージ用ガイド２９に案内され、微動ステージ用モータ３０により駆動される。また、微動ステージ２３上に、遮光手段２１と位置検出ヘッド２４を同一部材に配置することで、遮光手段２１の位置を検出できるようにしている。また、位置検出スケール２５は、有効走査幅以上の検出範囲を有し、測定装置１０内に固定されている。
【００２９】
図４は図１の走査光学系のドット位置測定装置に備える発光制御部での発光タイミングのタイミングチャートの一例を示した図である。
図４に示すように、（ａ）が、ＬＤ基本信号であり、走査ビームの走査開始位置となる同期信号１６を得るために、走査同期信号検出手段である同期ＰＤ１３に確実に受光させるために、ある程度時間幅をもたせてＬＤ１２を発光させている。（ｂ）は、同期ＰＤ１３からの出力信号で同期信号１６をうる。走査同期信号検出手段によるＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）回路により位相同期させ、（ｂ）の立下がりタイミングで、走査光学系の画素クロック信号（ｃ）として位相調整された信号を生成する。信号（ｄ）は、この画素クロック信号で駆動されるカウンタ値であり、カウンタは同期信号１６で０にリセットされ、このカウンタ値を用いて、実際のＬＤ１２の書込みタイミングを制御する。すなわち、主走査方向の狙いの書込み位置に正確にビームを射出する。信号（ｅ）は、計測部ＣＰＵ４０で設定された所定のパターンに従い、実際にＬＤ１２を駆動させる信号である。例えば、図４では、４進のカウンタとして、Ｔｂを設定している。このようにドットの発光間隔Ｔｂを任意に設定することができる。（ｅ）のＬＤ駆動信号は、同期信号１６と正確にタイミングを合わされているため、被走査面上におけるドット位置の再現性は格段に向上させることができる。例えば、Ｔａは１画素の周期であり、感光体面位置Ｒにて、有効走査幅が３３０ｍｍを６００ｄｐｉ相当の書込み密度で、１走査の周期が４００μｓｅｃ、有効走査期間率が７０％の場合、
Ｔａ＝  ４００×０．７×１０−６／（３３０×６００／２５．４）＝  ３．６×１０−８ｓｅｃ  ＝  ３６ｎｓｅｃ  である。画素クロック（ｃ）は、１／３６（ｎｓｅｃ）＝２７．８ＭＨｚ  の周期である。
【００３０】
また、（ｇ）は光センサ１８の出力信号である。光センサ１８の出力信号は、高速Ａ／Ｄコンバータ２０により取得されるが、このときの検出タイミングは、外部トリガ信号発生手段が（ｅ）のＬＤ駆動信号の立上りから、所定時間Ｔｃだけ遅延させた外部トリガ信号（ｆ）を生成し、その立下りを使っている（図の矢印のタイミング）。
【００３１】
本実施形態では、画素カウンタのカウンタ値１０４のタイミングでレーザビームを点灯させ、ドット形成位置に光センサ１８を移動させて受光させている。一走査期間中にこれ以外のタイミングで取得した光センサ１８の出力信号はゼロとなる。
【００３２】
図５は図１の走査光学系のドット位置測定装置のＬＤ駆動信号の立上りと光センサ出力信号のタイミングを示した図である。
図５に示すように、ＬＤ駆動信号の立上りから光センサの出力信号が最大になるまでの時間は、遮光手段の位置によって光センサ１８に入射する光量によらず略一定である。本実施例では、予め、この時間を測定しておくことで遅延時間Ｔｃの設定を行っている。
【００３３】
図６は図１の走査光学系のドット位置測定装置のドット位置測定フローチャートを示した図である。
まず、粗動ステージ２２及び微動ステージ２３を用いて光センサ１８を初期位置に位置決めする（Ｓ１）。次にビーム走査線上の略ドット形成位置まで粗動ステージ２２を使い移動させ（Ｓ２）、微動ステージ２３を使って遮光手段２１の位置を微動させて光ビームを横切らせるようピッチ送りを開始する（Ｓ３）。例えば、送り量は１μｍとする。また、発光制御部１７よりレーザビーム光源をビーム走査期間中に１ドットに相当する時間だけ点灯されるように点灯制御し（Ｓ４）、レーザビームを遮光手段で光束を制限させて、光センサに入射させ光センサからの出力信号を取得する（Ｓ５）。また、光センサ信号検出部４１により一走査期間中でサンプリングされた中から、有効なデータのみデータ格納部４２に格納する（Ｓ６、Ｓ７）。またこの時、同時に遮光手段２１の位置検出データも同時に格納する（Ｓ７）。発光制御部１７からは、同期信号１６により同期されて同一パターンの照射を繰返し、微動ステージによるそれぞれの遮光手段２１の位置を変えて光センサ１８からの出力データの取得及び格納を所定範囲で実行する（Ｓ８）。この位置での測定回数が終われば、粗動ステージ２２を次のドット形成位置に移動させて同様の測定を繰返し、有効走査幅におけるドット位置測定が全て終われば、全ての測定を完了する（Ｓ９）。
【００３４】
図７は図１の走査光学系のドット位置測定装置の演算部でのあるドットの位置算出例を示した図である。
図７に示すように、遮光手段の位置に応じた光センサ１８の出力曲線が得られる。演算部４３は、この曲線から、出力値が最大となる遮光手段位置を決定する。この時、この出力曲線をガウス分布式等による近似曲線をもとに最大値を求めるようにしても良い。また、有効走査幅で測定した全ドット位置における所定位置からのずれ量などを表示部４９にて表示させることもできる。
【００３５】
図８は図１の走査光学系のドット位置測定装置の遮光手段に用いたスリットの一例を示した図である。
図８に示すように、１ドット分に相当する走査ビームに対し、主走査方向のスリット幅は、主走査ビーム径に対し十分小さい幅（例えば、数μｍ）とし、走査方向と垂直な方向の径（以下副走査ビーム径という）より十分長いスリット３１（例えば、数ｍｍ）としている。
【００３６】
図２および図３に示すように、光センサ１８は、粗動ステージ２２上に配置されている。粗動ステージ２２は例えば、二本の粗動ステージ用ガイド２６に案内され、粗動ステージ用モータ２７により駆動される。ここでは、どちらも測定装置１０の両側板（図示しない）に固定されたシャフトに対し筒状のものを摺動させることで案内及び駆動されている。粗動ステージ用モータ２７として、シャフトタイプのリニアモータを用いることで省スペース化できる。粗動ステージ上面より張出部材２８を設け、これに、微動ステージ２３を取付けている。
【００３７】
図３に示すように、微動ステージ用ガイド２９と粗動ステージ用ガイド２６は、走査方向にそれぞれ平行に配置しておくことで、位置検出ヘッド２４は、微動ステージ２３で移動させても、粗動ステージ２２で移動させても位置を検出することができる。
【００３８】
図４に示す発光タイミングのタイミングチャートのように、ＬＤ駆動信号の立上りから生成された所定時間Ｔｃだけ遅延させた外部トリガ信号を用い、光センサ１８からの出力信号の検出タイミングとしている。
【００３９】
図４に示す光センサ１８からの出力信号は、高速Ａ／Ｄコンバータ２０を用いてＬＤ駆動信号をもとに生成された外部トリガによりデータサンプリングするため、一走査期間中に複数回の点灯を行うとそれだけサンプリングしてしまう。そこで、有効なデータを特定するために、光センサ信号検出部４１は一走査期間中に出力が最大値となる信号のみデータ格納部４２に保存するようにしている。
【００４０】
図９は図１の走査光学系のドット位置測定装置の別のドット位置測定フローチャートの別の一例を示した図である。
まず、粗動ステージ２２及び微動ステージ２３を用いて光センサ１８を初期位置に位置決めする（Ｓ１０）。次にビーム走査線上の略ドット形成位置まで粗動ステージ２２を使い移動させ（Ｓ１１）、微動ステージ２３を使って遮光手段の位置を微動させて光ビームを横切らせる（Ｓ１２）。また、発光制御部１７よりレーザビーム光源をビーム走査期間中に１ドットに相当する時間だけ点灯されるように点灯制御し（Ｓ１３）、レーザビームを遮光手段２１で光束を制限させて、光センサ１８に入射させて出力信号を取得する（Ｓ１４）。発光制御部１７からは、同期信号１６により同期されて同一パターンの照射を続ける。また、光センサ信号検出部４１により一走査期間中でサンプリングされた中から、有効なデータのみ記憶する（Ｓ１５、Ｓ１６）。またこの時、同時に遮光手段２１の位置検出データも同時に記憶する（Ｓ１６）。取得した光センサ１８の出力信号（初期値０）が更新されていれば、微動ステージ２３により遮光手段２１を同方向に微動させ位置決めする（Ｓ１７，Ｓ１８）。もし、最大値が更新されていなければ、移動方向を逆方向にかえて位置決めする（Ｓ２０）。このように出力信号が最大となる位置を位置追従制御部４６を用いて微動ステージ２３によりサーチ動作させる。この位置追従制御部４６は、光センサ１８の出力信号を高速Ａ／Ｄボード２０を介して、計測部ＣＰＵ４０に記憶されたデータをもとに追従制御しても良いが、本実施形態では、ＤＳＰなどの高速ボードを用いて、光センサ１８からの出力を増幅した信号を直接取込み、これをもとに、高速にサーチ動作させている。記憶した遮光手段２１の位置がある収束幅に収束したら（Ｓ１９）、その時の、遮光手段２１の位置をデータ格納部４２に保存する（Ｓ２１）。収束条件として例えば、収束幅に過去１０回の測定結果が±３μｍ（送り量１μｍ）に設定する。このとき収束信号発生手段により収束信号４７を発生させ、複数回連続して、この遮光手段２１の位置検出データを格納するようにすることもできる。この位置での測定が終われば、粗動ステージ２２を次のドット形成位置に移動させて同様の測定を繰返し（Ｓ２２）、有効走査幅におけるドット位置測定が全て終われば、全ての測定を完了する。
【００４１】
図１に示すように走査同期信号検出手段からの同期信号１６をカウントすることによってポリゴンミラー１４の特定の面で走査される走査ビームに限って発光させている。
【００４２】
図４に示すように、発光制御部１７は、走査同期信号検出手段によって同期信号１６を取込み、この信号に同期させてビームを１ドットに相当する時間だけの発光を、一走査期間中に一定の時間間隔で繰返し発光できる発光モードを備えている。例えば、図４のように４画素ごとに点灯させるようにできる。６００ｄｐｉの場合、ドット間ピッチは、１６９．３μｍとなる。
【００４３】
図４に示すように、被走査面上に所定間隔で打たれたドットに対し、粗動ステージ２２を用い走査光学系の走査速度と発光時間間隔から計算されるドット間隔だけの移動を繰返し、走査光学ユニット１１の有効走査幅において、それぞれのドット位置測定データをデータ格納部４２に格納し、演算部４３を用いて演算されたそれぞれのドット位置から、理想的なドット位置、即ち設計上のドット位置からのずれ量、および、近接した２点間の距離から局所的な倍率誤差を算出する。
【００４４】
図１０は、図１の走査光学系のドット位置測定装置の遮光手段に用いた別のスリットを示した図である。
図１０に示すように、遮光手段２１として、傾きの異なるスリットを２つ隣接して配置させる。１つは、レーザビームの走査方向の径より狭い幅であり、レーザビームの走査方向と垂直な方向の径より長いスリット３１とし、もう１つは、例えば、光ビームの径より十分小さい幅であり、走査方向および副走査方向にそれぞれ４５度の角度を持ちビーム径に対し、十分長いスリット３２とする。
【００４５】
まず、走査方向と直角方向に長いスリット３１により、請求項１及び請求項６記載の方法で、主走査方向のドット位置を測定し、次に、４５度のスリット３２での測定を行う。このとき、副走査方向のドット位置は、４５度のスリット３２で測定した遮光手段２１の位置をもとに、主走査方向のドット位置情報を加味して、副走査方向のドット位置の演算を行う。これは、４５度のスリット３２により、光センサ１８が最大となる位置は、走査方向のドット位置ずれと副走査方向のドット位置ずれの両方の影響を受けるためである。初めに、走査方向のドット位置ずれ量を把握することで、副走査方向のドット位置を演算により算出することができる。
【００４６】
図１１は、走査光学ユニット１１の有効走査幅に一定の間隔（図１１では、ｄｒ１＝ｄｒ２＝ｄｒ３＝ｄｒ３）で打たれる複数のドット位置において取得した、主走査方向と副走査方向のドット位置測定データをもとに、理想的なドット位置、即ち設計上のドット位置からのずれ量、および、近接した２点間の距離から局所的な倍率誤差、および、副走査方向測定データから走査光学系の走査線曲がり量を算出するための模式図である。例えば、測定範囲Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４箇所での測定結果から、それぞれの位置での位置ずれ量ｄｘ０、ｄｘ１、ｄｘ２、ｄｘ３を取得でき、また局所的なピッチ間隔ｄｐ１、ｄｐ２、ｄｐ３を取得でき、さらに走査線曲がり量ｄｙを取得できる。
【００４７】
図３の断面側面図のように、光センサ１８、遮光手段２１、微動ステージ２３、粗動ステージ２２及び位置検出部４８からなる測定装置ハードウェア部を実際の画像形成装置での感光体ドラムユニットの代わりに挿入できる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、走査領域内で、走査ビームにより形成される走査方向のドット位置を測定することで、走査光学系におけるレンズ（ｆθレンズ）やミラーの形状精度やその取付位置不良、および、ポリゴンミラーの回転精度（ジッター）に起因する等速性誤差に伴うドット位置ずれを測定および評価できる。また、測定結果を用いて、画像形成装置における走査ビームの照射位置補正を行うことで、適切な位置へのドット形成が可能となる。
【００４９】
また、請求項２の発明によれば、光センサの遮光手段として主走査ビーム径より十分小さい幅（例えば、数μｍ）のスリットを設け、これを移動させるだけで良いため、光センサを含めた検出系を小型化できる。
【００５０】
また、請求項３の発明によれば、走査光学系の有効走査幅の任意な位置で、走査方向のドット位置を測定することができる。
【００５１】
また、請求項４の発明によれば、遮光手段の位置を微動ステージと粗動ステージのいずれで移動しても同一の位置検出手段により、基準位置からの距離が測定できる。予め誤差を把握しておくことで測定誤差を小さくできる。測定分解能を高めることも容易である。また、検出手段が１つで済むので、装置を小型化できる。
【００５２】
また、請求項５の発明によれば、ＬＤ駆動信号と光センサからの出力信号の検出タイミングとを同期させることで、光センサに走査ビームが照射されるタイミングで確実にその出力信号を取得することができる。
【００５３】
また、請求項６の発明によれば、レーザビームの光源を一走査期間中に複数回点灯させた場合でも、光センサが受光したときの有効なデータを取得することができる。
【００５４】
また、請求項７の発明によれば、走査ビームに対して遮光手段を高速に微動させて、光センサからの出力信号が最大になる位置をサーチ動作させるので、高速にドット位置を測定できる。また、収束信号発生手段により発生した収束信号を検知した後、複数回測定された測定値の平均値からドット位置を算出するので、ビームの短時間で生じる揺らぎ成分を平均化でき、信頼性のあるドット位置測定が可能となる。
【００５５】
また、請求項８の発明によれば、発光制御手段は、走査同期信号検出手段からの走査同期信号をカウントすることによってポリゴンミラーの特定の面を選択して発光させることができるので、ポリゴンミラー各面の面精度に起因する位置ずれ成分を評価時に分離して評価することができる。
【００５６】
また、請求項９の発明によれば、一走査期間中に一ドット相当の発光を一定時間間隔で繰返すことで、複数のドットを形成させることができる。また、粗動ステージを所定ピッチで移動させることで、近接した（例えば、６０μｍ〜１ｍｍ）ドット間隔の測定を行なえる。
【００５７】
また、請求項１０の発明によれば、走査光学系の有効走査幅に一定の間隔で打たれる複数のドット位置において、それぞれの位置における理想的なドット位置とのずれ量の測定、および、近接した２点間の距離から局所的な倍率誤差を計算することができる。
【００５８】
また、請求項１１の発明によれば、遮光手段の形状が直交のものと斜めスリットの両方を使って、これを主走査方向に移動させることで、ドット位置の二方向の位置を測定することができる。
【００５９】
また、請求項１２の発明によれば、ドット位置の二方向の位置測定を有効走査幅方向に繰返すことで、近接した２ドット間の走査方向および副走査方向の離間した距離から、局所的な倍率誤差および走査線曲がり量の測定を行うことができる。
【００６０】
また、請求項１３の発明によれば、測定装置のハードウェア部を小型化したことで、画像形成装置における消耗品として交換される感光体ドラムユニットの代わりに、ドラム挿入部と案内機構を同一にし、そのまま画像形成装置に挿入できる。つまり、実際の使用状態で、走査ビームにより形成されるドット位置の測定を行うことができる。これにより、走査光学ユニットの取付位置不良に起因する位置ずれや、環境変化（温度、湿度等の変化）に伴う装置フレーム変形によって生じる位置ずれを感光体位置で直接測定して評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態の走査光学系のドット位置測定装置の概略システム構成図である。
【図２】図１の走査光学系のドット位置測定装置の概略装置正面図である。
【図３】図１の走査光学系のドット位置測定装置の概略装置側面断面図である。
【図４】図１の走査光学系のドット位置測定装置に備える発光制御部での発光タイミングのタイミングチャートの一例を示した図である。
【図５】図１の走査光学系のドット位置測定装置のＬＤ駆動信号の立上りと光センサ出力信号のタイミングを示した図である。
【図６】図１の走査光学系のドット位置測定装置のドット位置測定フローチャートを示した図である。
【図７】図１の走査光学系のドット位置測定装置の演算部でのドット位置算出例を示した図である。
【図８】図１の走査光学系のドット位置測定装置の遮光手段に用いたスリットの一例を示した図である。
【図９】図１の走査光学系のドット位置測定装置の別のドット位置測定フローチャートの別の一例を示した図である。
【図１０】図１の走査光学系のドット位置測定装置の遮光手段に用いた別のスリットを示した図である。
【図１１】図１の走査光学系のドット位置測定装置の倍率誤差および走査線曲がり量の測定例を示した図である。
【符号の説明】
１０  測定装置
１１  走査光学ユニット
１２  ＬＤ（レーザダイオード）
１３  同期ＰＤ（フォトダイオード）
１４  ポリゴンミラー
１５  ｆθレンズ
１６  同期信号
１７  発光制御部
１８  光センサ
１９  アンプ
２０  高速Ａ／Ｄコンバータ
２１  遮光手段
２２  粗動ステージ
２３  微動ステージ
２４  位置検出ヘッド
２５  位置検出スケール
２６  粗動ステージ用ガイド
２７  粗動ステージ用モータ
２８  張出部材
２９  微動ステージ用ガイド
３０  微動ステージ用モータ
３１  スリット（直交）
３２  スリット（斜め）
４０  計測部ＣＰＵ
４１  光センサ信号検出部
４２  データ格納部
４３  演算部
４４  Ｉ／Ｏ
４５  機構制御部
４６  位置追従制御部
４７  収束信号
４８  位置検出部
４９  表示部
Ｒ    感光体像位置
【図１】
2004286508.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2004286508.tif 000010
【図９】
2004286508.tif 000011
【図１０】
2004286508.tif 000012
【図１１】
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