(57)【要約】【課題】光電変換素子からの複数の出力信号の時間差を、簡単な回路を用いてあわせ、その出力信号の差分を増幅することによって、安価で容易に高精度な半導体レーザのピッチ間検出を行う光学走査装置を提供することである。【解決手段】複数のレーザビームが同時に受光部を照射しないように配置または発光タイミングを制御されたレーザビームを、該レーザビームの主走査方向始端側の端縁と終端側の端縁が平行でない形状の該受光部で受光する一つの前記光電変換素子と、前記光電変換素子から出力される電流を電圧に変換する電流−電圧変換装置と、それぞれの半導体レーザごとに所定の時間間隔で検出される前記電流−電圧変換装置からの電圧信号を時間信号に変換し、その時間信号からレーザビームの走査間隔の相対距離を認識する認識手段とを有することを特徴とする走査位置検出装置。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレーザビームが同時に受光部を照射しないように配置または発光タイミングを制御されたレーザビームを、該レーザビームの主走査方向始端側の端縁と終端側の端縁が平行でない形状の該受光部で受光する一つの受光手段と、
前記受光手段から出力される電流を電圧に変換する電流−電圧変換装置と、
それぞれの半導体レーザごとに所定の時間間隔で検出される前記電流−電圧変換装置からの電圧信号を時間信号に変換し、その時間信号からレーザビームの走査間隔の相対距離を認識する認識手段とを有することを特徴とする走査位置検出装置。
【請求項２】
前記認識手段は、前記複数の半導体レーザの各々に対応して変換した前記時間信号の差分に対応した値を検出することによりレーザビームの走査間隔の相対距離を認識することを特徴とする請求項１記載の走査位置検出装置。
【請求項３】
前記認識手段は、さらに前記時間信号の差分を出力し電圧に変換するチャージポンプ、その差分電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換装置、前記差分電圧をデジタル信号に変換した後、チャージポンプに残った残留電荷を放出する放電装置を有し、前記デジタル信号によりレーザビームの走査間隔の相対距離を認識することを特徴とする請求項２記載の走査位置検出装置。
【請求項４】
前記チャージポンプにおいて、充電側、放電側ともに単位時間に出力する電流値が等しい電流源、前記電流源から出力される電荷を充放電するためのコンデンサ、充電、放電のタイミングを切り替えるための充電側スイッチ、放電側スイッチを有することを特徴とする請求項３記載の走査位置検出装置。
【請求項５】
複数のレーザビームが同時に同一の受光部を照射しないように配置または発光タイミングを制御されたレーザビームを、複数の受光部が相互に重なることなく、副走査方向に所定間隔ずらして配置され、前記受光部の形状が主走査方向始端側の端縁が相互に平行であり且つ主走査方向終端側の端縁が相互に平行であり且つ前記主走査方向始端側の端縁と終端側の端縁が平行でない形状の受光部で受光する受光手段と、
前記受光手段から出力される電流を電圧に変換する電流−電圧変換装置と、
それぞれの半導体レーザごとに所定の時間間隔で検出される前記電流−電圧変換装置からの電圧信号を時間信号に変換し、その時間信号からレーザビームの走査間隔の相対距離を認識する認識手段とを有することを特徴とする走査位置検出装置。
【請求項６】
前記認識手段は、前記複数の受光部の各々に対応して変換した前記時間信号の差分に対応した値を検出することによりレーザビームの走査間隔の相対距離を認識することを特徴とする請求項５記載の走査位置検出装置。
【請求項７】
前記認識手段は、さらに前記時間信号の差分を出力し電圧に変換するチャージポンプ、その差分電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換装置、前記差分電圧をデジタル信号に変換した後、チャージポンプに残った残留電荷を放出する放電装置を有し、前記デジタル信号によりレーザビームの走査間隔の相対距離を認識することを特徴とする請求項６記載の走査位置検出装置。
【請求項８】
前記チャージポンプにおいて、充電側、放電側ともに単位時間に出力する電流値が等しい電流源、前記電流源から出力される電荷を充放電するためのコンデンサ、充電、放電のタイミングを切り替えるための充電側スイッチ、放電側スイッチを有することを特徴とする請求項７記載の走査位置検出装置。
【請求項９】
前記時間信号の差分に対応する値がゼロまたは所定の固有値となるように複数ビームの走査間隔の相対距離を調整することを特徴とする請求項７記載の走査位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像信号によって変調された複数のレーザビームを感光体上に走査させ潜像形成を行う光学走査装置に関し、複数の半導体レーザの副走査ピッチ間隔制御を行うための走査位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザのレーザビーム駆動回路により発光するレーザビームを画像信号によって変調し、レーザビームをスキャナモータによって感光体上にラスタスキャンすることにより潜像形成を行う光学走査装置において、シングルビーム半導体レーザを複数個具備してマルチビームを構成する系では副走査方向のピッチ間を所定の間隔とする為に各レーザビームの走査位置を検出する必要がある。
【０００３】
そこで、レーザビームの走査方向と直交する方向の通過位置変化に対して、その出力が連続的かつ広範囲に変化するセンサパターンを用い、最初に光電変換素子を通過する第１のビームの出力値をメモリに記憶しておき、第２のビームが光電変換素子（以下、ＢＤセンサとも称する）を通過しその出力が出力されたときに、前記メモリに記憶させておいた第１のビームの出力値との差分をとり、所定の値と比較することで走査間隔の相対距離を検出する方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１８０７４５号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法では第１のビームと第２のビームの光電変換素子からの出力の時間差を埋めるために第１のビームの出力を記憶させておくメモリや、第１のビームの出力をフィードバックするための回路が必要であり、コストアップしてしまう。
【０００６】
本発明はこのような問題を鑑みてなされたもので、その目的とするものは、前記光電変換素子からの複数の出力信号の時間差を、簡単な回路を用いてあわせ、その出力信号の差分を増幅することによって、安価で容易に高精度な半導体レーザのピッチ間検出を行う光学走査装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる問題からなされたもので請求項１の発明は、複数のレーザビームが同時に受光部を照射しないように配置または発光タイミングを制御されたレーザビームを、該レーザビームの主走査方向始端側の端縁と終端側の端縁が平行でない形状の一つの該受光部で受光する受光手段と、前記受光手段から出力される電流を電圧に変換する電流−電圧変換装置と、
それぞれの半導体レーザごとに所定の時間間隔で検出される前記電流−電圧変換装置からの電圧信号を時間信号に変換し、その時間信号からレーザビームの走査間隔の相対距離を認識する認識手段とを有することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明は、前記認識手段は、前記複数の半導体レーザの各々に対応して変換した前記時間信号の差分に対応した値を検出することによりレーザビームの走査間隔の相対距離を認識することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３の発明は、前記認識手段は、さらに前記時間信号の差分を出力し電圧に変換するチャージポンプ、その差分電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換装置、前記差分電圧をデジタル信号に変換した後、チャージポンプに残った残留電荷を放出する放電装置を有し、前記デジタル信号によりレーザビームの走査間隔の相対距離を認識することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４の発明は、前記チャージポンプにおいて、充電側、放電側ともに単位時間に出力する電流値が等しい電流源、前記電流源から出力される電荷を充放電するためのコンデンサ、充電、放電のタイミングを切り替えるための充電側スイッチ、放電側スイッチを有することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５の発明は、複数のレーザビームが同時に同一の受光部を照射しないように配置または発光タイミングを制御されたレーザビームを、複数の受光部が相互に重なることなく、副走査方向に所定間隔ずらして配置され、前記受光部の形状が主走査方向始端側の端縁が相互に平行であり且つ主走査方向終端側の端縁が相互に平行であり且つ前記主走査方向始端側の端縁と終端側の端縁が平行でない形状の受光部で受光する受光手段と、前記受光手段から出力される電流を電圧に変換する電流−電圧変換装置と、それぞれの半導体レーザごとに所定の時間間隔で検出される前記電流−電圧変換装置からの電圧信号を時間信号に変換し、その時間信号からレーザビームの走査間隔の相対距離を認識する認識手段とを有することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項６の発明は、前記認識手段は、前記複数の受光部の各々に対応して変換した前記時間信号の差分に対応した値を検出することによりレーザビームの走査間隔の相対距離を認識することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項７の発明は、前記認識手段は、さらに前記時間信号の差分を出力し電圧に変換するチャージポンプ、その差分電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換装置、前記差分電圧をデジタル信号に変換した後、チャージポンプに残った残留電荷を放出する放電装置を有し、前記デジタル信号によりレーザビームの走査間隔の相対距離を認識することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項８の発明は、前記チャージポンプにおいて、充電側、放電側ともに単位時間に出力する電流値が等しい電流源、前記電流源から出力される電荷を充放電するためのコンデンサ、充電、放電のタイミングを切り替えるための充電側スイッチ、放電側スイッチを有するものである。
【００１５】
請求項９の発明は、前記時間信号の差分に対応する値がゼロまたは所定の固有値となるように複数ビームの走査間隔の相対距離を調整することを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１７】
図１は本発明に係る光学走査装置の構成を示すブロック図である。光学走査ユニット１は、半導体レーザ３及び半導体レーザ５を有している。２はレーザ合成ユニットで、半導体レーザ３及び半導体レーザ５、コリメートレンズ７及びコリメートレンズ８、プリズム９、不示図のユニット回転駆動部から構成される。回転駆動部の回転軸は半導体レーザ３と半導体レーザ５の光軸と平行かつ中心部にある。
【００１８】
非画像領域において、半導体レーザ３から出射したＡレーザビーム４はコリメートレンズ７、プリズム９及びシリンドリカルレンズ１０を入射しポリゴンミラー１１に到達する。ポリゴンミラー１１は、不示図のスキャナモータによって等角速度で回転している。ポリゴンミラー１１に到達したレーザビーム４はポリゴンミラー１１によって偏光され、ｆ−θレンズ１２によって感光ドラム１７の回転方向と直角方向に等速走査となるように変換され、反射ミラー１３にて反射し、ビームディテクトセンサ（以下、ＢＤセンサとする。）１４に受光させる。画像領域ではレーザビーム１５はレーザビーム４同様にｆ−θレンズ１２を出射した後、反射ミラー１６を経由して感光ドラム１７上を照射する。
【００１９】
一方、半導体レーザ５から出射したＢレーザビーム６はコリメートレンズ８、プリズム９に入射する。プリズム９において偏光されたレーザビーム６はレーザビーム４に対し予め設定されたビーム間隔に合成される。非画像領域においてはシリンドリカルレンズ１０を入射しポリゴンミラー１１にて偏光され、ｆ−θレンズ１２に入射し、反射ミラー１３によってＢＤセンサ１４に受光させる。画像領域においては半導体レーザ３と同様なので省略する。
【００２０】
図６に本発明で使用するＢＤセンサの一例の構成を示す。ここではＢＤセンサ１４を２レーザビームが走査する場合を例に述べる。ＢＤセンサ１４は、同一形状の２個の受光部であるフォトセンサ１４ａとフォトセンサ１４ｂから構成される。フォトセンサ１４ａとフォトセンサ１４ｂは２本のレーザビームの走査方向に重ならないように、走査方向と略直角に間隔ｄだけ離して配置する。ここでフォトセンサ１４ａとフォトセンサ１４ｂは合同形状、つまり、重ねると全く一致する形状である。よって、同一形状・同一寸法、同一向きで、少なくともビーム数以上の複数の受光センサを走査方向と重なることなく走査方向と略直角に所定の間隔離して配置し、フォトセンサの形状を走査方向と平行な軸あるいは走査方向と略直角な軸に線対称な多角形とする走査位置検出手段を提供する。これは、複数のフォトセンサが相互に重なることなく、副走査方向に所定間隔ずらして配置され、フォトセンサの形状は主走査方向始端側の端縁が相互に平行であり且つ主走査方向終端側の端縁が相互に平行であり且つ前記主走査方向始端側の端縁と終端側の端縁が平行でないように提供することでもある。
【００２１】
ここで、フォトセンサ１４ａとフォトセンサ１４ｂの間隔ｄが６００ｄｐｉ相当（４２．２３μｍ）とする。フォトセンサ１４ａはＡレーザビームのスポット１２３が照射された光出力のみを受光し、フォトセンサ１４ｂはＢレーザビーム６のスポット１２４が照射された光出力のみを受光するよう選択する。Ａレーザビーム４の走査線１２５とＢレーザビーム６の走査線１２６の走査間隔がｄである時、上記の通りＢＤセンサ１４を構成することにより、Ａレーザビーム４の走査線１２５がフォトセンサ１２１上を走査する長さとＢレーザビーム６の走査線１２６がフォトセンサ１２２上を走査する長さが等しくなる。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図２は、２つの半導体レーザによる走査間隔の相対距離を１つの光電変換素子であるＢＤセンサを用いて制御する場合の構成を示したブロック図であり、図３は本実施形態のタイミングチャートを示した図である。半導体レーザ３、５からのレーザビームがＢＤセンサ１４ａを通過すると、前記レーザビームの光量とＢＤセンサの感度特性から決まるＢＤセンサ出力電流４１が流れる。その電流は電流−電圧変換回路２２でＩ／Ｖ変換回路出力電圧４２に変換されコンパレータ２３に出力される。前記コンパレータ２３は、入力されたＩ／Ｖ変換回路電圧４２が基準電源２４の基準電圧より高い間だけコンパレータ出力電圧４３を出力する。前記コンパレータ出力電圧４３はＬＤ１分離器２５とＬＤ２分離器２６にそれぞれ入力され、ＬＤ１分離器２５はＡレーザがセンサを照射している時間を検出するためのＡレーザ出力検出信号４４がＨｉｇｈのときＡレーザ照射時間４６を出力する。そして、前記Ａレーザ照射時間４６がＨｉｇｈの間充電スイッチ２７がＯＮされ、充電側電流源２９からコンデンサ３１に電流が流れ込むことで電荷が蓄えられ、コンデンサ電圧４８が上昇する。また、ＬＤ２分離器２６も同様にＢレーザがセンサを照射している時間を検出するためのＢレーザ出力検出信号４５がＨｉｇｈのときＢレーザ照射時間４７を出力する。そして、前記Ｂレーザ照射時間４７がＨｉｇｈの間放電スイッチ２８がＯＮされ、放電側電流源３０にコンデンサ３１から電流が流れこむことにより、蓄えられていた電荷が放出され、コンデンサ電圧４８が減少する。ここで、各半導体レーザの光電変換素子へのレーザビーム照射時間に対応する充放電が行われた後に残ったコンデンサ電圧４８は２つの半導体レーザの走査間隔の相対距離に対応しており、充電側電流源２９、放電側電流源３０の単位時間あたりの電流量を十分に大きくすることで、充放電後にコンデンサ３１に残る電荷量が多くなり、精度の高いレーザ間の走査間隔の相対距離制御が可能となる。このコンデンサ３１の持つ電荷に対する電圧値をＡ／Ｄ変換器３４のＡＤ変換制御信号５０によりデジタル値に変換し、ＡＤ変換回路出力信号５１として出力する。その後、コンデンサ電荷放出信号４９により残留電荷放電スイッチ３２がＯＮされ、コンデンサ３１の電圧をゼロにする。このＡＤ変換回路出力信号５１をもとに現在の走査間隔の相対距離と、所望の走査間隔の相対距離を比較し、２つの半導体レーザの走査間隔の相対距離制御を行う。
【００２３】
（第２の実施の形態）
図４は２つの半導体レーザによる走査間隔の相対距離を複数のＢＤセンサを用いて制御する場合の構成を示したブロック図であり、図５は本実施形態のタイミングチャートを示した図である。第１の半導体レーザ３からのレーザビームがＢＤセンサ１４ａを通過すると、前記レーザビームの光量とＢＤセンサの感度特性から決まるＢＤセンサ出力電流８１が流れる。その電流は電流−電圧変換回路６３でＩ／Ｖ変換回路出力電圧８３に変換されコンパレータ６７に出力される。前記コンパレータ６７は、入力されたＩ／Ｖ変換回路電圧８３が基準電源６５の基準電圧より高い間だけコンパレータ出力電圧８５を出力する。そして、コンパレータ出力電圧８５がＨｉｇｈの間充電スイッチ６９がＯＮされ、充電側電流源７１からコンデンサ７３に電流が流れ込むことで電荷が蓄えられ、コンデンサ電圧８７が上昇する。また、第２の半導体レーザからのレーザビームがＢＤセンサ１４ｂを通過すると、前記レーザビームの光量とＢＤセンサの感度特性から決まるＢＤセンサ出力電流８２が流れる。その電流は電流−電圧変換回路６４でＩ／Ｖ変換回路出力電圧８４に変換されコンパレータ６８に出力される。前記コンパレータ６８は、入力されたＩ／Ｖ変換回路電圧８４が基準電源６６の基準電圧より高い間だけコンパレータ出力電圧８６を出力する。そして、前記コンパレータ出力電圧８６がＨｉｇｈの間放電スイッチ７０がＯＮされ、放電側電流源７２にコンデンサ７３から電流が流れこむことにより、蓄えられていた電荷が放出され、コンデンサ電圧８７が減少する。ここで、各半導体レーザのＢＤセンサへのレーザビーム照射時間に対応する充放電が行われた後に残ったコンデンサ電圧８７は二つの半導体レーザの走査線間隔に対応しており、充電側電流源７１、放電側電流源７２の単位時間あたりの電流量を十分に大きくすることで、充放電後にコンデンサ７３に残る電荷量が多くなり、精度の高い走査線間隔の制御が可能となる。このコンデンサ７３の持つ電荷に対する電圧値をＡ／Ｄ変換器７５のＡＤ変換制御信号８９によりデジタル値に変換し、ＡＤ変換回路出力信号９０として出力する。その後、コンデンサ電荷放出信号８８により残留電荷放電スイッチ７４がＯＮされ、コンデンサ７３の電圧をゼロにする。このＡＤ変換回路出力信号９０をもとに現在の２つの半導体レーザの走査間隔の相対距離と、所定の走査間隔の相対距離を比較し、２つの半導体レーザの走査間隔の相対距離制御を行う。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光電変換素子からの複数の出力信号の時間差を、簡単な回路を用いてあわせることができ、その出力信号の差分を検出することによって、高い精度で複数の半導体レーザの走査間隔の相対距離を検出制御することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態を含む光学装置の構成を示す構成図
【図２】第１の実施形態におけるＢＤセンサが一つの場合の走査位置検出センサの信号処理回路
【図３】第１の実施形態におけるＢＤセンサが一つの場合の走査位置検出センサの信号処理回路のタイミングチャート
【図４】第２の実施形態におけるＢＤセンサが複数の場合の走査位置検出センサの信号処理回路
【図５】第２の実施形態におけるＢＤセンサが複数の場合の走査位置検出センサの信号処理回路のタイミングチャート
【図６】本発明の実施形態におけるＢＤセンサの一例
【符号の説明】
１  光学走査ユニット
２  レーザ合成ユニット
３  半導体レーザ
４  レーザビーム
５  半導体レーザ
６  レーザビーム
７  コリメートレンズ
８  コリメートレンズ
９  プリズム
１０  シリンドリカルレンズ
１１  ポリゴンミラー
１２  ｆ−θレンズ
１３  反射ミラー
１４  走査位置検出センサ
１５  レーザビーム
１６  反射ミラー
１７  感光ドラム
１８  ビームピッチ間制御回路
１９  走査位置制御回路
２０  レーザ回転駆動回路
２１  ＢＤセンサ
２２  電流−電圧変換回路
２３  コンパレータ
２４  基準電源
２５  ＬＤ１照射時間信号分離器
２６  ＬＤ２照射時間信号分離器
２７  充電スイッチ
２８  放電スイッチ
２９  充電用電流源
３０  放電用電流源
３１  コンデンサ
３２  残留電荷放電用スイッチ
３３  Ａ／Ｄ変換器
４１  ＢＤセンサ出力電流
４２  Ｉ／Ｖ変換回路出力電圧
４３  コンパレータ出力電圧
４４  レーザ出力信号
４５  レーザ出力信号
４６  レーザ照射時間
４７  レーザ照射時間
４８  コンデンサ電圧
４９  コンデンサ電荷放出信号
５０  ＡＤ変換制御信号
５１  ＡＤ変換回路出力信号
６１  ＢＤセンサ
６２  ＢＤセンサ
６３  電流−電圧変換回路Ａ
６４  電流−電圧変換回路Ｂ
６５  基準電圧
６６  基準電圧
６７  コンパレータ
６８  コンパレータ
６９  充電スイッチ
７０  放電スイッチ
７１  充電用電流源
７２  放電用電流源
７３  コンデンサ
７４  残留電荷放電用スイッチ
７５  Ａ／Ｄ変換器
８１  ＢＤセンサ出力電流
８２  ＢＤセンサ出力電流
８３  Ｉ／Ｖ変換回路Ａ出力電圧
８４  Ｉ／Ｖ変換回路Ｂ出力電圧
８５  コンパレータ出力電圧
８６  コンパレータ出力電圧
８７  コンデンサ電圧
８８  コンデンサ電荷放出信号
８９  ＡＤ変換制御信号
９０  ＡＤ変換回路出力信号
【図１】
2004252164.tif 000003
【図２】
2004252164.tif 000004
【図３】
2004252164.tif 000005
【図４】
2004252164.tif 000006
【図５】
2004252164.tif 000007
【図６】
2004252164.tif 000008