專利名稱：光功率控制裝置和方法、光束掃描裝置、圖像形成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光功率控制裝置、光束掃描裝置、圖像形成裝置以及光功率控制方法。
背景技術(shù)：
通常希望光束掃描裝置或圖像形成裝置精準地控制激光束等的光功率。
日本專利申請公開文本8-330661公開的一種APC(自動功率控制)電路促使光接收元件監(jiān)控由半透半反鏡分離的激光束(正面光)并基于該監(jiān)控結(jié)果控制光功率。該APC機制稱為正面光APC機制。
但在正面光APC機制中，需要在光學(xué)系統(tǒng)中設(shè)置半透半反鏡以將光束分為透射光和反射光。因此光功率使用效率(用于曝光的光功率/總光功率)變得較低。
日本專利申請公開文本6-164070提出了另一種沒有在光學(xué)系統(tǒng)中設(shè)置半透半反鏡的正面光APC機制。根據(jù)該APC機制，光接收元件設(shè)置為接收從激光器輸出的光束斑的一部分(泄漏光)。該泄漏光被束成形狹縫切斷，并且不用于曝光。該APC電路基于由光接收元件獲得的泄漏光的光功率來控制光功率。該APC機制稱為泄漏光APC機制。泄漏光APC機制不需要半透半反鏡。因此與采用半透半反鏡的正面光APC機制相比可以提高光功率使用效率。
然而，在傳統(tǒng)的泄漏光APC機制中，處于光斑中心部分的光功率(曝光光功率)以及處于外圍部分的光功率(泄漏光功率)具有非線性關(guān)系。也就是說，當利用泄漏光功率來控制曝光光功率時可能發(fā)生控制誤差。該控制誤差是不希望的，因為例如會降低所形成的圖像的質(zhì)量。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的特征在于減少泄漏光APC機制中由于中心部分的光功率和外圍部分的光功率之間的非線性關(guān)系而導(dǎo)致的控制誤差。
本發(fā)明例如由用于控制從光束輸出裝置輸出的光束的光功率的光功率控制裝置來合適地實施。該光功率控制裝置包括改變單元，其多次改變流向光束輸出裝置的電流的值，以及獲取單元，其對應(yīng)于每個電流值獲得代表從光束輸出裝置輸出的光束的光斑的外圍部分的光功率的外圍光功率。光功率控制裝置還包括校正單元，其校正外圍光功率從而使外圍光功率和代表光斑的中心部分的光功率的中心光功率之間對應(yīng)于每個電流值具有近似線性的關(guān)系。光功率控制裝置還包括控制單元，其根據(jù)經(jīng)過校正的外圍光功率控制從光束輸出裝置輸出的光束的光功率。
此外，本發(fā)明通過光束掃描裝置實施，其包括輸出光束的光束輸出裝置；控制光束輸出裝置的光功率控制裝置；以及掃描從光束輸出裝置輸出的光束的旋轉(zhuǎn)多面體。
此外，本發(fā)明通過圖像形成裝置來實施，其包括被均勻充電的圖像載體；以及光束掃描裝置，其通過用光束照射圖像載體來形成潛像。
此外，本發(fā)明通過控制從光束輸出裝置輸出的光束的光功率的光功率控制方法來實施，該方法包括以下步驟多次改變流向光束輸出裝置的電流的值；對應(yīng)于每個電流值獲得代表從光束輸出裝置輸出的光束的光斑的外圍部分的光功率的外圍光功率；校正外圍光功率，從而使外圍光功率和代表光斑的中心部分的光功率的中心光功率之間對應(yīng)于每個電流值具有近似線性的關(guān)系；以及根據(jù)經(jīng)過校正的外圍光功率控制從光束輸出裝置輸出的光束的光功率。
通過下面(參照附圖)對示例性實施例的描述，本發(fā)明的其它特征將更為明顯。
圖1是按照實施例的示例性圖像形成裝置的截面圖；圖2是示出按照實施例的光束掃描裝置的例子的圖；圖3是用于說明光束斑和該斑中各個點上的光功率之間關(guān)系的圖；圖4是示出在流向激光器的電流改變時獲得的外圍光功率和中心光功率之間關(guān)系的圖；圖5是示出按照實施例的校正電路的例子的框圖；圖6示出對應(yīng)于每個電流值的外圍光功率和中心光功率之間關(guān)系的圖；圖7是用于說明按照實施例的平方校正的圖；圖8是示出具有按照實施例光功率控制的圖像形成過程的流程圖；圖9是示出按照實施例的另一校正電路的例子的框圖；圖10是示出驅(qū)動電流和外圍光功率之間關(guān)系的圖；圖11是示出按照實施例的誤差函數(shù)g(x)的示例的圖；圖12是用于說明按照實施例的校正過程的圖；圖13是按照實施例的校正函數(shù)產(chǎn)生過程的流程圖；圖14是示出按照實施例的另一校正電路的例子的框圖。
具體實施例方式
下面描述本發(fā)明的實施例。下面描述的各個實施例只是用于理解各種概念，包括本發(fā)明的上位概念、中間概念和下位概念。本發(fā)明的范圍由隨說明書附的權(quán)利要求書來確定，而不限于下面描述的各個實施例。
圖1是按照實施例的示例性圖像形成裝置的截面圖。按照本發(fā)明的光功率控制裝置的應(yīng)用例子是光束掃描裝置和圖像形成裝置，不過這只是舉例而已。
光束掃描裝置101是所謂的曝光裝置。本發(fā)明的光功率控制裝置應(yīng)用于光束掃描裝置101。光束掃描裝置101用光束照射圖像載體(例如感光鼓)102的均勻帶電的表面。對應(yīng)于打印目標圖像的靜電潛像形成在圖像載體102的表面上。顯影單元(例如顯影輥)103利用顯影劑對該潛像進行顯影。轉(zhuǎn)印單元(例如轉(zhuǎn)印輥)104將顯影劑的圖像從圖像載體102轉(zhuǎn)印到打印介質(zhì)S上。定影單元105將該顯影劑圖像定影在打印介質(zhì)上。圖像形成裝置可以是市場上的復(fù)印機、打印機、打印裝置、傳真裝置或多功能外設(shè)。
圖2是示出按照實施例的光束掃描裝置的例子的圖。諸如邊緣發(fā)射激光器的激光器201是光束輸出裝置的例子。與傳統(tǒng)激光器不同，激光器201不能在正向和反向兩個方向上都輸出光束。傳統(tǒng)的激光器可以采用背面光APC機制，這種機制采用在正向上輸出的光束來曝光并采用在反向上輸出的光束來進行光功率控制。但是，由于其結(jié)構(gòu)而僅在一個方向上輸出光束的激光器201采用“泄漏光APC機制”作為一種正面光APC機制。
從激光器201輸出的光束入射到準直透鏡202上，同時有某種程度的擴展。該光束通過準直透鏡202轉(zhuǎn)換為平行光束并由聚光透鏡206會聚。具有一定寬度的束成形狹縫207對會聚的光束成形。作為一種旋轉(zhuǎn)多面體的多面反射鏡208反射經(jīng)成形的光束。由多面反射鏡208反射的光束穿過fθ透鏡209和聚光透鏡210，并對圖像載體102如旋轉(zhuǎn)感光鼓的表面曝光。
光接收元件203檢測該光束斑的外圍部分的光功率(外圍光功率)。該光束斑的外圍部分不用于曝光。光束斑的外圍部分對應(yīng)于由束成形狹縫207切斷的所謂“泄漏光”。也就是說，光接收元件203設(shè)置在一點來檢測該泄漏光而不會影響用于曝光的光束斑的中心部分。
校正電路204校正外圍光功率，使得外圍光功率(泄漏光功率)和代表光束斑中心部分的光功率的中心光功率(曝光光功率)可以具有近乎線性的關(guān)系。APC電路205根據(jù)校正的外圍光功率來控制從激光器201輸出的光束的光功率。
圖3是用于說明光束斑和該斑中各個點上的光功率之間關(guān)系的圖。具體地說，在圖3的右側(cè)示出光束的FFP(遠場圖案)特性?？v軸代表出射角度，橫軸代表光功率。光束的示意圖在圖3的左側(cè)示出。由于被狹縫遮蔽，該光束斑分為用于曝光的中心部分和不用于曝光的外圍部分。如上所述，光接收元件203設(shè)置在外圍部分。
圖4是示出在流向激光器的電流改變時獲得的外圍光功率和中心光功率之間關(guān)系的圖。為了控制用于曝光的中心光功率，APC電路205優(yōu)選測量中心光功率。但是由于上述原因，APC電路205測量外圍光功率，并控制該光功率。如圖4所示，外圍光功率和中心光功率之間的關(guān)系通常是非線性的。
例如，假定外圍光功率從基準值O0減少ΔP至O1。一般的APC電路通過將驅(qū)動電流增加ΔI1來將中心光功率增加ΔP1，由此將該值校正為基準值O0。當然，該APC電路是基于外圍光功率和中心光功率具有線性關(guān)系的假設(shè)來工作的。
因此，當外圍光功率從基準值O0減少ΔP時，APC電路可以通過將驅(qū)動電流增加ΔI1來精準地校正中心光功率。但是，如果外圍光功率從基準值O0減少2ΔP至O2，則該APC電路不能足夠地校正中心光功率。
中心光功率的實際減小幅度是ΔP2。但是，APC電路將驅(qū)動電流增加2ΔI1，從而中心光功率增加2ΔP1。結(jié)果中心光功率偏離目標值O0達Δ(Δ＝2ΔP1-ΔP2)。
在該實施例中，校正電路204設(shè)置在光接收元件203和APC電路205之間。校正電路204的操作將在下面詳細描述。
<平方校正>
存在若干方法可用來校正外圍光功率，使得外圍光功率和中心光功率可以具有近似線性的關(guān)系。在此描述一種(平方校正)方法，其中將在使用時在從流向激光器的電流的第一值到第二值的區(qū)間中獲得的外圍光功率標準化并且平方。
圖5是示出按照實施例的校正電路的例子的框圖。標準化單元501是對在使用時在從流向激光器的電流的第一值到第二值的區(qū)間中獲得的外圍光功率進行標準化的電路。平方運算單元502是對經(jīng)過標準化的外圍光功率進行平方的電路。
在打印開始時，校正電路204首先生成用于平方校正的平方校正函數(shù)f(x)(x是外圍光功率)。校正電路204在激光器201的運行電流的范圍內(nèi)選擇任意一個區(qū)間[Ia，Ib]。校正電路204指示APC電路205通過所選擇的區(qū)間的兩端的驅(qū)動電流Ia和Ib來驅(qū)動激光器201。在該例子中，激光器201的驅(qū)動電流大約改變兩次。APC電路205可以改變驅(qū)動電流超過兩次的多次。然后校正電路204利用光接收元件203測量對應(yīng)于該電流值的外圍光功率P’a和P’b。
圖6示出對應(yīng)于每個電流值的外圍光功率和中心光功率之間關(guān)系的圖。設(shè)Pa是對應(yīng)于驅(qū)動電流Ia的中心光功率，而P’a是對應(yīng)于驅(qū)動電流Ia的外圍光功率。設(shè)Pb是對應(yīng)于驅(qū)動電流Ib的中心光功率，而P’b是對應(yīng)于驅(qū)動電流Ib的外圍光功率。
校正電路204通過將外圍光功率P’a和P’b代入等式(1)中來產(chǎn)生標準化函數(shù)y(x)。
y(x)=1P′b-P′a(x-P′a)---(1)]]>注意，標準化單元501可以產(chǎn)生該標準化函數(shù)。
校正電路204通過對標準化函數(shù)y(x)進行平方來產(chǎn)生平方校正函數(shù)f(x)。注意，平方運算單元502可以產(chǎn)生該平方校正函數(shù)f(x)。
f(x)=(y(x))2=(1P′b-P′a(x-P′a))2---(2)]]>圖7是用于說明按照實施例的平方校正的圖?？v軸表示外圍光功率，橫軸表示中心光功率。在完成標準化后，對應(yīng)于驅(qū)動電流Ia和Ib的外圍光功率粗略地與中心光功率Pa和Pb匹配。通過利用平方校正的線性化過程，外圍光功率和中心光功率具有近似線性的關(guān)系。
圖8是示出帶有按照該實施例的光功率控制的圖像形成過程的流程圖。步驟S801至S805對應(yīng)于上述校正函數(shù)生成過程。
在步驟S801中，校正電路204選擇要使用的驅(qū)動電流的區(qū)間[Ia，Ib]來生成校正函數(shù)。該區(qū)間優(yōu)選包括例如實際用于曝光的最低電流值和最大電流值。
在步驟S802，校正電路204在APC電路205中設(shè)置所選擇區(qū)間的兩端的驅(qū)動電流之一，并促使激光器201發(fā)射激光。在步驟S803，校正電路204促使光接收元件203測量外圍光功率。
在步驟S804，確定產(chǎn)生校正函數(shù)所需要的多次外圍光功率測量是否結(jié)束。如果該測量還未結(jié)束，則該過程返回步驟S802。校正電路204改變驅(qū)動電流并執(zhí)行測量。如果測量結(jié)束，則該過程前進至步驟S805。校正電路204產(chǎn)生平方校正函數(shù)。
在開始靜電潛像形成時，校正電路204在步驟S806根據(jù)校正函數(shù)f(x)校正由光接收元件203檢測的外圍光功率x。APC電路205利用經(jīng)過校正的外圍光功率通過APC來控制光功率。
在步驟S807，光束掃描裝置101根據(jù)圖像數(shù)據(jù)驅(qū)動激光器201并對圖像載體102進行曝光。在步驟S808，圖像形成裝置的控制單元(未示出)確定是否形成了一個頁面的靜電潛像。如果圖像形成還未結(jié)束，則該過程返回步驟S807(或者在需要APC時返回S806)，以繼續(xù)曝光過程。如果圖像形成結(jié)束，則該過程前進至步驟S809。圖像形成裝置的控制單元確定是否結(jié)束該作業(yè)。例如，如果還存在后續(xù)頁面，則該過程返回步驟S801。如果沒有后續(xù)頁面，則控制單元結(jié)束圖像形成過程。
如上所述，根據(jù)該實施例，進行校正以使中心光功率和外圍光功率之間的非線性關(guān)系變成線性，由此減少泄漏光APC機制中的控制誤差。
具體地說，由于通過基于中心光功率對外圍光功率進行標準化并對標準化后的外圍光功率進行平方可以使中心光功率和外圍光功率具有近似線性的關(guān)系，因此可以提高所形成的圖像的質(zhì)量。
平方運算只是個示例，可以采用任何其他運算。也就是說，可以采用任何運算方法，只要它可以校正外圍光功率而使得外圍光功率和中心光功率具有近似線性的關(guān)系。
在上述實施例中，校正函數(shù)產(chǎn)生過程在可以保證有足夠時間的頁面之間進行。該過程可以在主掃描周期之間進行。
<誤差校正>
如圖6所示，驅(qū)動電流和中心光功率之間的關(guān)系幾乎是線性的，但驅(qū)動電流和外圍光功率之間的關(guān)系是非線性的。這表明當驅(qū)動電流和外圍光功率之間的關(guān)系被校正為線性關(guān)系時，外圍光功率和中心光功率之間的關(guān)系就變成幾乎線性的。
下面描述一種方法(誤差校正)，其中事先獲得對應(yīng)于每個驅(qū)動電流的、外圍光功率和一個線性函數(shù)之間的差異(誤差)，并利用該誤差校正外圍光功率。
校正電路204利用線性函數(shù)z(x)和表示與對應(yīng)于每個電流值的外圍光功率的差異的誤差函數(shù)g(x)來校正外圍光功率，其中x是驅(qū)動電流。線性函數(shù)z(x)是由連接通過將具有第一值的電流流向激光器201而獲得的第一外圍光功率與通過將具有第二值的電流流向激光器201而獲得的第二外圍光功率的線來定義的等式。
圖9是示出按照實施例的另一校正電路的例子的框圖。線性函數(shù)確定單元901是確定連接將具有第一值的電流流向激光器201而獲得的第一外圍光功率與將具有第二值的電流流向激光器201而獲得的第二外圍光功率的線的等式z(x)的電路。誤差函數(shù)確定單元902是確定代表對應(yīng)于每個在使用時流向激光器201的電流值的、外圍光功率和線性函數(shù)z(x)之差的誤差函數(shù)g(x)的電路。外圍光功率校正單元903是利用所確定的誤差函數(shù)g(x)來校正外圍光功率的電路。
圖10是示出驅(qū)動電流和外圍光功率之間關(guān)系的圖。當驅(qū)動電流x變化時獲得的外圍光功率是非線性的，如虛線所示。假定線性函數(shù)z(x)是將對應(yīng)于驅(qū)動電流Ia和Ib的外圍光功率連接起來的線的等式。線性函數(shù)z(x)對應(yīng)于中心光功率。
圖11是示出按照實施例的誤差函數(shù)g(x)的示例的圖。誤差函數(shù)g(x)表達為線性函數(shù)z(x)和在驅(qū)動電流從Ia變?yōu)镮b時所獲得的實際外圍光功率之間的差異。
圖12是用于說明按照實施例的校正過程的圖。在APC光功率控制中，校正電路204通過從由光接收元件203獲得的外圍光功率的值中減去誤差函數(shù)g(x)來確定經(jīng)過校正的外圍光功率。
圖13是按照實施例的校正函數(shù)產(chǎn)生過程的流程圖。該流程圖示出作為子例程的校正函數(shù)產(chǎn)生過程(S805)。假定校正電路204在驅(qū)動電流區(qū)間[Ia，Ib]中獲得外圍光功率Pa和Pb。
在步驟S1301，線性函數(shù)確定單元901通過將獲得的外圍光功率和驅(qū)動電流代入以下等式中而產(chǎn)生線性函數(shù)z(x)。
z(x)=P′b-P′aIb-Ia(x-Ia)+P′a---(3)]]>在步驟S1302，校正電路204的誤差函數(shù)確定單元902打開激光器201，并促使光接收元件203測量外圍光功率p(x)，同時在所選擇的區(qū)間內(nèi)改變驅(qū)動電流x。
在步驟S1303，誤差函數(shù)確定單元902通過g(x)＝p(x)-z(x)(4)產(chǎn)生誤差函數(shù)g(x)。
校正函數(shù)f(x)通過f(x)＝k(P-g(x))(5)給出，其中k是用于使中心光功率和外圍光功率的比例相等的系數(shù)。該系數(shù)優(yōu)選通過實驗確定(當然，k可以是1)。P是通過將驅(qū)動電流x流向激光器201而實際測量的外圍光功率。外圍光功率校正單元903利用校正函數(shù)f(x)(即利用誤差函數(shù)g(x))合適地校正外圍光功率。
如上所述，根據(jù)該實施例，可以利用誤差函數(shù)g(x)校正外圍光功率而控制外圍光功率和中心光功率以具有近似線性的特性。當APC光功率控制應(yīng)用于激光器201時，與使用校正之前的外圍光功率進行控制相比，可以降低控制誤差。因此也相對改善了所形成的圖像的質(zhì)量。
圖14是示出按照實施例的另一校正電路的例子的框圖。光功率誤差存儲單元1401是事先存儲對應(yīng)于每個電流值的、外圍光功率與對應(yīng)的中心光功率之間的誤差的存儲電路。該誤差優(yōu)選在從工廠裝運時獲得，并事先存儲在光功率誤差存儲單元1401中。外圍光功率校正單元1402從光功率誤差存儲單元1401讀取對應(yīng)于流向激光器201的電流值的誤差，并校正由光接收元件203獲得的外圍光功率。
如上所述，校正電路204可以事先存儲外圍光功率和中心光功率之間的誤差，并在光功率控制時校正外圍光功率。
如果激光器201具有多個發(fā)光元件，則光功率控制可以通過為每個發(fā)光元件配備光接收元件203來實現(xiàn)。可替換地，可以從該多個發(fā)光元件中選擇至少一個有代表性的發(fā)光元件，APC電路205和校正電路204可以利用該代表性元件的控制結(jié)果對剩余的發(fā)光元件進行光功率控制。為了測量代表性發(fā)光元件的外圍光功率，上述光接收元件設(shè)置在對應(yīng)于發(fā)光元件的每個狹縫中。
雖然參照示例性實施例描述了本發(fā)明，應(yīng)當理解本發(fā)明不限于所公開的示例性實施例。所附權(quán)利要求的范圍應(yīng)當被賦予最寬泛的解釋，從而涵蓋所有這樣的修改和等同結(jié)構(gòu)及功能。
權(quán)利要求
1.一種用于控制從光束輸出裝置輸出的光束的光功率的光功率控制裝置，包括改變單元，其多次改變流向光束輸出裝置的電流的值；獲取單元，其對應(yīng)于每個電流值獲得代表從光束輸出裝置輸出的光束的光斑的外圍部分的光功率的外圍光功率；校正單元，其校正外圍光功率，從而使外圍光功率和代表所述光斑的中心部分的光功率的中心光功率之間對應(yīng)于每個電流值具有近似線性的關(guān)系；以及控制單元，其根據(jù)經(jīng)過校正的外圍光功率控制從光束輸出裝置輸出的光束的光功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述校正單元包括標準化單元，其對在從使用時流向光束輸出裝置的電流的值的第一值到第二值的區(qū)間內(nèi)獲得的外圍光功率進行標準化，以及平方運算單元，其平方標準化后的外圍光功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述校正單元利用代表對應(yīng)于流向光束輸出裝置的每個電流值的外圍光功率和連接通過將具有第一值的電流流向光束輸出裝置而獲得的第一外圍光功率與通過將具有第二值的電流流向光束輸出裝置而獲得的第二外圍光功率的線的等式之差的誤差函數(shù)，來校正外圍光功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述校正單元包括第一確定單元，其確定連接通過將具有第一值的電流流向光束輸出裝置而獲得的第一外圍光功率與通過將具有第二值的電流流向光束輸出裝置而獲得的第二外圍光功率的線的等式，第二確定單元，其確定代表對應(yīng)于在使用時流向光束輸出裝置的每個電流值的外圍光功率和該線的等式之差的誤差函數(shù)，以及校正單元，其利用該誤差函數(shù)校正外圍光功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述校正單元包括存儲單元，其事先存儲對應(yīng)于每個電流值的外圍光功率和對應(yīng)的中心光功率之間的誤差，以及校正單元，其從所述存儲單元中讀取對應(yīng)于流向光束輸出裝置的電流值的誤差，并校正所獲得的外圍光功率。
6.一種光束掃描裝置，包括輸出光束的光束輸出裝置；根據(jù)權(quán)利要求1所述的光功率控制裝置，其控制所述光束輸出裝置；以及掃描從所述光束輸出裝置輸出的光束的旋轉(zhuǎn)多面體。
7.一種圖像形成裝置，包括被均勻充電的圖像載體；以及根據(jù)權(quán)利要求6所述的光束掃描裝置，其通過用光束照射所述圖像載體來形成潛像。
8.一種用于控制從光束輸出裝置輸出的光束的光功率的光功率控制方法，該方法包括以下步驟多次改變流向光束輸出裝置的電流的值；對應(yīng)于每個電流值獲得代表從光束輸出裝置輸出的光束的光斑的外圍部分的光功率的外圍光功率；校正外圍光功率，從而使外圍光功率和代表所述光斑的中心部分的光功率的中心光功率之間對應(yīng)于每個電流值具有近似線性的關(guān)系；以及根據(jù)經(jīng)過校正的外圍光功率控制從光束輸出裝置輸出的光束的光功率。
全文摘要
一種光功率控制裝置，包括改變單元，其多次改變流向光束輸出裝置的電流的值；以及獲取單元，其對應(yīng)于每個電流值獲得代表從光束輸出裝置輸出的光束的光斑的外圍部分的光功率的外圍光功率。該光功率控制裝置還包括校正單元，其校正外圍光功率，從而使外圍光功率和代表光斑的中心部分的光功率的中心光功率之間對應(yīng)于每個電流值具有近似線性的關(guān)系。該光功率控制裝置還包括控制單元，其根據(jù)經(jīng)過校正的外圍光功率控制從光束輸出裝置輸出的光束的光功率。
文檔編號H01S3/13GK101090196SQ200710110389
公開日2007年12月19日 申請日期2007年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月13日
發(fā)明者河本智浩, 北村慎吾 申請人:佳能株式會社