ビームプロファイル検証方法
【課題】 ビームの光量データを関数によって表現することでビームのプロファイルを高解像で検出するとともに、複数のビームが重畳している状態でも個々のビームのプロファイルを検証することが可能なビームプロファイル検証方法を提供する。
【解決手段】 画像形成装置の書込み光学系によって出射されるビームを受光する受光工程と、受光されたビームのビーム情報を格納するビーム情報格納工程と、格納されたビーム情報をビームの光量の分布を表す光量データ４１に処理するとともに、光量データ４１を近似する関数を光量データ４１に収束するように関数を処理するビーム情報処理工程と、ビーム情報処理工程によって処理されることで光量データ４１に収束した関数に基づいてビームのプロファイルを検出するビーム情報検出工程とを備える。
【解決手段】 画像形成装置の書込み光学系によって出射されるビームを受光する受光工程と、受光されたビームのビーム情報を格納するビーム情報格納工程と、格納されたビーム情報をビームの光量の分布を表す光量データ４１に処理するとともに、光量データ４１を近似する関数を光量データ４１に収束するように関数を処理するビーム情報処理工程と、ビーム情報処理工程によって処理されることで光量データ４１に収束した関数に基づいてビームのプロファイルを検出するビーム情報検出工程とを備える。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像形成装置の書込み光学系から出射されるビームを高精度に検証するビームプロファイル検証方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、電子写真方式の画像形成装置を組み立てる前には走査光学系の各種光学素子の性能を評価するために、走査光学系から出射されるビームを走査させる回転多面鏡を固定し、静止しているビームをスリットによって一部遮断し、通過する光量を測定した後にスリットを移動させるという動作を順次繰り返して、測定した光量をつないでビームのプロファイルとする方法や、走査光学系から出射されるビームを２次元ＣＣＤカメラ等によって取得し、取得した２次元の光量分布を閾値処理してビーム径を検出する方法や、走査光学系のビームを連続点灯させて静止しているスリットを横切るように移動させ、その時通過するビームの光量の時間的変化によりビームの光量分布を評価する方法があった。
【０００３】特開平８−２４７７３２号公報では、レーザプリンタ等の走査光学系におけるレーザビーム径測定装置において、ビーム径が感光体面上の結像点からずれてサイドローブが発生しているビームでも、ビーム径をサイドローブも含めて検出することができるものが記載されている。
【０００４】また、特開２０００−１８０７５７号公報では、ハイパワー半導体レーザを用いることなくビームを複数照射することによってスポット上のビーム照射を可能とし、複数のビームを主走査方向に重ね合わせて１つの走査ビーム照射領域を形成したり、印刷スピードを向上させるために副走査方向に複数光源を用いたりして、画像形成の高解像化および消費電力や発熱等の問題を解決するべく光源の光量の減少を図るものが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来の特開平８−２４７７３２号公報記載のものにあっては、実際の画像形成時の点灯パターンは隣接するビームが部分的に重なり合うため、サイドローブが埋没した場合に、ビームのプロファイルを個々に検出することはできなかった。
【０００６】また、特開２０００−１８０７５７号公報に記載のものにあっては、画像形成時と同様な状態でビームのプロファイルを検証する際、ビームを走査させる回転多面鏡に生じる軸ぶれや面倒れなどの各面のばらつき、光源の相対的な応答ばらつき、光源点灯のための同期ばらつきなどが時系列的に生じ、複数の光源を同時に点灯した場合と個々に点灯した場合とで同一状態で点灯させることは困難であるために、ビームの光量が重なった状態での光量の分布状態とそれぞれのビーム位置やビーム径などを測定する必要があったが、複数の光源の同時点灯により重畳した光量分布状態で個々のビームのプロファイルを検出することはできなかった。
【０００７】そこで本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、ビームの光量データを関数によって表現することでビームのプロファイルを高解像で検出するとともに、複数のビームが重畳している状態でも個々のビームのプロファイルを検証することが可能なビームプロファイル検証方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のビームプロファイル検証方法は、画像形成装置の書込み光学系によって出射されるビームを受光する受光工程と、前記受光工程によって受光された前記ビームのビーム情報を格納するビーム情報格納工程と、前記ビーム情報格納工程によって格納された前記ビーム情報を前記ビームの光量の分布を表す光量データに処理するとともに、前記光量データを近似する関数を前記光量データに収束するように前記関数を処理するビーム情報処理工程と、前記ビーム情報処理工程によって処理されることで前記光量データに収束した前記関数に基づいて前記ビームのプロファイルを検出するビーム情報検出工程とを備えることを特徴とする方法を用いている。
【０００９】この方法により、ビームの光量データを関数によって近似し、ビームのプロファイルを仮設定した後、関数内のパラメータを変化させることによって関数を実際に検出されたビームの光量データに収束させて、収束後の関数から関数表現のために連続値として高分解能であり受光系の感度ばらつき等を除去したビームの特徴量を高精度に検出することができることとなる。
【００１０】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記関数が点像分布関数であることを特徴とする方法を用いている。
【００１１】この方法により、ビームを出射する光源に円形開口等が固定され、点像として仮定できる光学系の場合に、ビームの光量データを点像分布関数で近似してサイドローブの影響を付加して収束させるのでビームの特徴量を高精度に検出することができることとなる。
【００１２】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記関数がフラウンホーファー回折に基づいた関数であることを特徴とする方法を用いている。
【００１３】この方法により、ビームを出射する光源に矩形開口が固定され、フラウンホーファー回折の影響を示す光学系の場合、ビームの光量データをフラウンホーファー回折に基づく関数で近似して、サイドローブの影響を付加して収束させるのでビームの特徴量を高精度に検出することができることとなる。
【００１４】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記関数が、ビームの位置を表すパラメータとビームの振幅を表すパラメータとビームの幅を表すパラメータとを備えることを特徴とする方法を用いている。
【００１５】この方法により、ビームの光量データを近似する関数を光量データに収束した後に各々のパラメータよりビームの特徴量を検出することができることとなる。
【００１６】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記ビーム情報処理工程によって前記関数を前記光量データに収束するように処理させた際のノイズ成分を表すオフセット項を前記関数が備えることを特徴とする方法を用いている。
【００１７】この方法により、ビームを取得する際のノイズ成分を除去したビームの特徴量を検出することができることとなる。
【００１８】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記ビーム情報処理工程によって前記ビーム情報格納工程で格納された前記ビーム情報から前記ビームの重心が求められ、前記重心が前記ビーム情報処理工程によって前記光量データに収束するように処理される前記関数の位置を表すパラメータの初期値として設定されることを特徴とする方法を用いている。
【００１９】この方法により、予めビーム情報から求められたビームの重心をビームの位置を表す関数のパラメータの初期値として設定されることにより、関数の収束速度を向上させるとともに関数が異なる位置で収束することを回避することができることとなる。
【００２０】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記光量データが複数の範囲に区切られ、前記複数の範囲のうちの少なくとも１つの範囲内で前記ビーム情報処理工程によって前記関数が前記光量データに収束するように処理されることを特徴とする方法を用いている。
【００２１】この方法により、ビームの特徴量に寄与する領域のみで関数を収束させて、ビームの特徴量を高精度に検出することができることとなる。
【００２２】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記ビーム情報処理工程によって、前記ビーム情報から前記ビームの最明値が求められるとともに前記最明値から前記光量データの閾値が求められ、前記閾値より大きい光量を有する前記光量データの範囲内で前記関数が前記光量データに収束するように処理されることを特徴とする方法を用いている。
【００２３】この方法により、ビームの光量データのばらつきが関数の収束に影響することを低減し、ビームの主となる光量データの範囲で関数を収束させて、関数の一致率を向上し、高精度にビームの特徴量を検出することができることとなる。
【００２４】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記ビームが複数であって前記複数のビームは前記複数のビームの少なくとも一部が重畳して前記受光工程によって受光され、前記複数のビームの数と同じ数の前記関数を和算することによって前記複数のビームによる前記光量データに収束するように処理される関数が表されることを特徴とする方法を用いている。
【００２５】この方法により、ビームが走査ビームなど時間的に変化する系においてビームを複数の光源から重畳するように出射され、重畳した状態で複数のビームの相対位置や光量データを動的に検出する場合に、個々のビームを関数で代用し、各関数の和を一の関数として、多重露光されたビームに収束させ、収束後の各々の関数をビームの光量データとして用いることにより多重露光された状態で、個々のビームの特徴量を検出することができることとなる。
【００２６】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記ビーム情報処理工程によって、前記複数のビームの重畳している部分での最大の光量よりも大きい光量を有する前記複数のビームの前記光量データの範囲から前記閾値が設定されるとともに前記閾値より大きい前記光量を有する前記光量データの範囲内で前記複数のビームの各々の重心が求められ、前記各々の重心が、前記複数のビームの数と同じ数の前記関数の各々の位置を表すパラメータの初期値として前記複数のビームと同数の前記関数の各々に設定されることを特徴とする方法を用いている。
【００２７】この方法により、ビームの重畳している範囲での最大の光量よりも大きい光量で閾値を設定し、その閾値よりも大きい光量でビームの重心を求め、求められた重心を関数の位置を表すパラメータの初期値とすることで収束速度と検出精度を向上することができることとなる。
【００２８】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記複数のビームのうち隣接する前記ビームの各々の前記重心の相対位置が、主走査方向と副走査方向との少なくとも一方の方向にずれている場合、前記ビーム情報処理工程によって、前記ビーム情報は前記プロファイルを検出する対象の前記ビームの重心を含む前記光量データに処理されるとともに、前記和算された関数は前記光量データに収束するように処理され、前記ビーム情報検出工程によって、前記和算された関数のうち前記プロファイルを検出する対象の前記ビームを表す前記関数に基づいて前記プロファイルを検出する対象の前記ビームのプロファイルが検出されることを特徴とする方法を用いている。
【００２９】この方法により、重畳している複数のビームの重心の位置がずれている場合でも、対象とするビームの特徴量を高精度に検出することができることとなる。
【００３０】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記関数が、２次元の関数であることを特徴とする方法を用いている。
【００３１】この方法により、２次元の関数として収束させることにより、相対的に影響を与えている隣接するビームの特徴量を高精度に検出することができることとなる。
【００３２】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記関数の前記パラメータに制約条件が与えられることを特徴とする方法を用いている。
【００３３】この方法により、関数の収束条件を制限することにより、関数が対象外のビームに収束したり、収束後に負の値となったりする等の不具合を回避して、ビームの特徴量を検出することができることとなる。
【００３４】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記ビーム情報格納工程が、前記ビーム情報処理工程によって処理された前記関数から前記関数のパラメータのみを格納することを特徴とする方法を用いている。
【００３５】この方法により、関数のパラメータのみを格納することで、格納されるビームのプロファイル情報の容量を大幅に低減することができることとなる。
【００３６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００３７】図１〜図２０は本発明の一実施形態に係るビームプロファイル検証方法を説明する図である。
【００３８】図１に示すように、本発明の一実施形態のビームプロファイル検証方法は、画像形成装置の書込み光学系１０の回転するポリゴンミラー１１によってレーザダイオード（ＬＤ）１２から出射されたビームを反射し、反射されたビームをｆθレンズ１３に透過させ、ｆθレンズ１３を透過したビームは対物レンズ２１を透過した後に受光工程によって２次元ＣＣＤカメラ２０で受光する。
【００３９】２次元ＣＣＤカメラ２０によって受光されたビームはデジタル情報に光電変換され、ビームのデジタル情報に変換されたビーム情報はコンピュータ３０に送信される。
【００４０】コンピュータ３０では、画情報を表示する表示部３１や図示しない入出力部、記憶部、論理演算部、制御部等を備え、ビーム情報や検出されたビームのプロファイル等を格納するビーム情報格納工程、ビーム情報や関数を演算等によって処理するビーム情報処理工程、ビーム情報を検出するビーム情報検出工程が行われる。
【００４１】コンピュータ３０に送信されたビーム情報は、ビーム情報格納工程によってコンピュータ３０内に格納される。コンピュータ３０内に格納されたビーム情報はビーム情報処理工程によって処理されることで、図２R>２に示すようなビーム画像４０が取得され、表示部３１に表示される。さらにビーム情報処理工程によってビーム画像４０の最も明るい部分の最明値または重心の位置が導出され、その座標を通る主走査方向または副走査方向のビームの光量データ４１が取得される。図３に取得されたビームの光量データ４１を示すが、光量データ４１は２次元ＣＣＤカメラ２０の画素ばらつき等によって、ビームの径を導出する際に通常用いられる光量の最明値から１／ｅ2の光量の範囲でばらつきを生じることがある。
【００４２】そのため、例えば（１）式に示すガウシアンビームの関数を設定し、ビーム情報処理工程によって以下のように処理を行う。
【００４３】
【数１】
【００４４】（１）式中の振幅Ａはビームの光量、幅Ｂはビームの径、対称軸Ｃはビームの位置、定数項Ｄは２次元ＣＣＤカメラ２０の暗電流ノイズなどのオフセット量に起因するパラメータとする。各パラメータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに初期値を適当に与えておくことによって、図４に示すような、光量データ４１とガウシアンビームの関数によって表された関数データ４２との関係が得られる。
【００４５】光量データ４１の値をＩK、関数データの値をｆK、横軸方向の近似範囲をＷとすると、図４の横軸に示す各位置における光量データＩK、関数データｆKの差ｄは（２）式のように示される。
【００４６】
【数２】
【００４７】（２）式中のｄの値が小さくなるようにパラメータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを変化させて、ｄの値が最小となった時点、即ち図５に示すように光量データ４１に関数データ４２を収束させた時点での関数がビームのプロファイルとされる。関数の収束結果である近似解を導出する方法としては準ニュートン法やＬｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕｒｄｔ法などが用いられる。
【００４８】ビーム情報検出工程では、ｄの値が最小となった時点で、関数のパラメータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの（Ａ＋Ｄ）の値をビームの光量の最明値、ｆ（ｘ）＝（Ａ＋Ｄ）／ｅ2を満たすｘの幅をビームの径、Ｃをビームの位置としてビームのプロファイルとしての特徴量が検出される。ｆ（ｘ）＝（Ａ＋Ｄ）／ｅ2を満たすｘの導出には、逆関数の導出やＮｅｗｔｏｎ−Ｐａｐｈｓｏｎ法などが用いられる。
【００４９】図６に示すように、ＬＤ１２の出射端に円形開口のアパーチャ１４が設置されている場合には、ｆθレンズ１３等を透過して結像するビームは点像として仮定され、ビームの像にはサイドローブが生じるために、取得された光量データ４１には図７に示すようにサイドローブ部４３が生じるのでサイドローブ部４３の光量の分布も近似する。円形開口による回折像の光量の分布を示す式としては点像分布関数としてのＢｅｓｓｅｌ関数が用いられ、ビームの特徴量に起因する関数としてパラメータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを反映させると、（３）式のように表せる。
【００５０】
【数３】
【００５１】（３）式中の各パラメータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを変化させることによって図８に示すように関数データ４５を光量データ４４に収束させ、収束した時点での関数のパラメータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄからビームのプロファイルとしての特徴量を検出する。
【００５２】図９に示すように、矩形開口のアパーチャ１５が設置されている場合には、ｆθレンズ１３等を透過して結像するビームの像はフラウンホーファー回折像の光量の分布となり、ビームの特徴量に起因する関数としてパラメータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、近似範囲Ｗを反映させると（４）式のように表せる。
【００５３】
【数４】
【００５４】（４）式中の各パラメータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを変化させることによって図１０に示すように関数データ４７を光量データ４６に収束した時点での関数のパラメータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄからビームのプロファイルとしての特徴量を検出する。
【００５５】なお、矩形開口のアパーチャ１５が設置されている場合の書込み光学系１０のビームにガウシアンビーム（１）式、円形開口（３）式、矩形開口（４）式の関数を（２）式によって図１１に示すように収束させた場合、それぞれの関数によって得られた差を比較すると、ガウシアンビーム（１）式に対して円形開口（３）式では２０％、矩形開口（４）式では３０％、一致度が向上した結果が得られている。
【００５６】なお、（１）式、（３）式、（４）式はパラメータＡ、Ｂ、Ｃを反映させた関数として設定することで、メカニカルシャッターなどにより遮光して２次元ＣＣＤカメラ２０等の暗電流画像を取得し、ビーム画像４０から画像間差分によって差し引くなどの処置を施した場合のノイズ成分に起因するオフセットを無視することができる。
【００５７】また、ビーム情報をビーム情報処理工程によって処理することで取得される図２に示すようなビーム画像４０から、ビーム画像４０の重心の位置を導出して、重心の値を関数の位置を表すパラメータＣの初期値として代入して近似、収束することで、関数の収束前の位置を仮設定し、収束させる関数とビームの光量データの組み合わせ違いを回避し、さらに収束にかかる時間を短縮することが可能となる。パラメータＤは、定数項として関数に反映することでビーム画像４０に影響する暗電流ノイズなどのオフセット量を想定することができる。
【００５８】関数（１）式、（３）式、（４）式などをビームの光量データ４１、４４、４６に収束させる範囲は、予め任意の幅で複数に区切られ、これらの範囲のうち少なくとも１つの範囲内で収束させてもよい。例えば、図１２に示すようにこれらの範囲は、ビーム情報処理工程によってビーム情報から求められた最明値４８から最明値４８の７０％までの光量を有する最明値近傍の範囲４９、最明値４８の１０％から２０％までの光量を有する最明値４８の１／ｅ2近傍の範囲５０、５１で区切られ、これらの範囲で関数を光量データに収束させることもできる。
【００５９】また、図１３に示すように、関数データを光量データに収束させる範囲は、光量の最明値４８から最明値４８の１／ｅ2の光量よりも大きい光量を有する範囲５２の幅で区切られ、範囲５２で関数を収束させることで、範囲５２外のばらつきを生じている範囲も収束させて範囲５２での収束が低減されるということから回避することができる。
【００６０】図１４に示すように、ビームが例えば２つのＬＤから出射され、矩形開口１５を通過して２つのビームの少なくとも一部が受光工程によって２次元ＣＣＤカメラ２０で重畳するように受光される場合、図１５に示すような光量データ５３を取得する。なお、ＬＤから出射されるビームの数は複数であれば、２つ以外であってもよい。また、ここでは、出射される複数のビームを矩形開口１５に通過させた場合の例を示しているが、円形開口１４等を通過させた場合に適用されてもよい。
【００６１】本実施形態においては、２つのビームは矩形開口１５を通過したビームであるから（４）式の関数が異なる位置において２つ設定される。設定された２つの関数をｆ1、ｆ2、関数ｆ1のパラメータをＡ1、Ｂ1、Ｃ1、Ｄ1、関数ｆ2のパラメータをＡ2、Ｂ2、Ｃ2、Ｄ2、近似させる範囲をＷとして（５）式、（６）式のように設定する。なお、Ａ1、Ａ2はビームの振幅、Ｂ1、Ｂ2はビームの幅、Ｃ1、Ｃ2はビームの位置、Ｄ1、Ｄ2はオフセットとする。
【００６２】
【数５】
【００６３】
【数６】
【００６４】そして、２つの関数（５）式、（６）式の和である関数Ｆは（７）式のように示され、（７）式中の各パラメータに初期値を適当に与えることによって図１５１５に示すように関数Ｆは表され、関数Ｆの各パラメータを変更することによって図１６に示すように関数Ｆによる関数データ５４を２つのビームの光量データ５３に収束させる。
【００６５】
【数７】
【００６６】光量データ５３に収束後の関数ＦのパラメータＡ1、Ｂ1、Ｃ1、Ｄ1、Ａ2、Ｂ2、Ｃ2、Ｄ2を収束後の関数ｆ1、ｆ2のパラメータとして代入することで２つのビームのそれぞれのビームの径や位置などの特徴量を検出することができる。従って、ビームが重畳した状態でもそれぞれのビームの特徴量を検出することが可能となる。
【００６７】なお、２つの関数ｆ1、ｆ2のパラメータＣ1、Ｃ2には、図１７に示すように２つのビームが重畳していない範囲５５でビーム情報処理工程によって閾値処理をされ、その範囲５５で検出されたそれぞれのビームの重心が代入されてもよい。そうすることでそれぞれの関数の収束前の位置を仮設定することができる。
【００６８】２つのビームが、例えば図１８に示すように主走査方向にずれている場合は、光量データは閾値処理をされた範囲５５で検出されたそれぞれのビームの重心を通る光量検出位置５６、５７で取得される。図１８中の上側のビームのプロファイルを検出したい場合には、上側のビームの重心を通る光量検出位置５６で取得された図１９に示す光量データ５８に関数Ｆを収束させ、収束後に関数ＦのパラメータＡ1、Ｂ1、Ｃ1、Ｄ1、Ａ2、Ｂ2、Ｃ2、Ｄ2のうち関数ｆ1のパラメータＡ1、Ｂ1、Ｃ1、Ｄ1を収束後の関数ｆ1のパラメータとして代入することで上側の関数データ５９から上側のビームの径や位置などの特徴量を検出することができる。下側のビームのプロファイルを検出したい場合には、下側のビームの重心を通る光量検出位置５７で取得された光量データを用いることで検出することができる。
【００６９】なお、例えば（８）式に示すように、関数は、主走査方向ｘ、副走査方向ｙの２次元の関数であってもよい。
【００７０】
【数８】
【００７１】（８）式は、ビームが矩形開口を通過する場合に用いる関数である（４）式を２次元表示したものであり、Ａはビームの振幅、Ｂは主走査方向のビームの幅、Ｃはビームの主走査方向の位置、Ｄはノイズ等のオフセット量、Ｅは副走査方向のビームの幅、Ｆはビームの副走査方向の位置、Ｗ1は主走査方向の近似範囲、Ｗ2は副走査方向の近似範囲である。
【００７２】図２０に示すように、２つのビームがずれている場合において、図２０中の上側のビームのプロファイルを検出したい場合には、上側のビームの重心を通る光量検出位置６０で取得された光量データに２次元表示とした２つの関数の和の関数を収束させ、収束後の関数データからビームの径や位置などの特徴量を検出することができる。
【００７３】関数のパラメータはビームのプロファイルに関するものであるから、収束条件をＡ＞０、Ｂ＞０、Ｃ＞０、Ｄ≧０（２次元の関数の場合には、Ａ＞０、Ｂ＞０、Ｃ＞０、Ｄ≧０、Ｅ＞０、Ｆ＞０）として制約し、円形開口や矩形開口の回折像の光量の分布を示す式を用いる場合は、受光系より取得されるデータがデジタルデータである為ｘ＝ＣとならないようにＣ≠整数とし、ビームが２つの場合には収束途中で位置が入れ替わることのないようにＣ1＜Ｃ2の制約を付加して収束させることによって、収束速度、信頼性を向上させることができる。
【００７４】なお、走査光学系では１ライン分のビームの個数が何千にもなるので、それぞれのビームの光量データに収束させた関数データをビーム情報格納工程において記憶部に格納していては記憶容量が膨大になり、また、格納したデータを圧縮するにしても処理時間が多大にかかってしまうため記憶容量を大幅に低減するために関数のパラメータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆのみを格納してもよい。ビームのプロファイルを取り出すときはビーム情報格納部からパラメータを読み出して関数に代入することで取得することができる。
【００７５】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、２次元ＣＣＤカメラ等によってビームを受光する際の各画素のばらつきを平滑化することが可能となり、画素のばらつきに起因するビームの径やビームの光量の最明値、ビームの位置のばらつきを低減し、ビームの特徴量を高精度に検出することが可能となる。
【００７６】また、請求項２記載の発明によれば、ビームを出射する光源に円形開口のアパーチャなどが設定されている場合に、サイドローブなどのビームの特性を示す関数で近似、収束させることが可能となる。
【００７７】また、請求項３記載の発明によれば、ビームを出射する光源に矩形開口のアパーチャなどが設定されている場合に、サイドローブなどのビームの特性を示す関数で近似、収束させることが可能となる。
【００７８】また、請求項４記載の発明によれば、ビームの特徴量として必要なビームの位置、ビームの光量、ビームの径を示すパラメータを収束時に変化させることで、収束後に個々のパラメータからビームの特徴量を高精度に検出することが可能となる。
【００７９】また、請求項５記載の発明によれば、２次元ＣＣＤカメラなどの受光デバイスに起因する暗電流ノイズ等を示す項を設けているので、関数を近似、収束した後にノイズ成分を除去してビームの特徴量を検出することが可能となる。
【００８０】また、請求項６記載の発明によれば、関数の収束前の位置を仮設定することにより、収束させる関数とビームの組み合わせ違いを回避するとともに収束速度を向上させて収束にかかる時間を短縮することが可能となる。
【００８１】また、請求項７記載の発明によれば、ビームの特徴量に寄与する領域のみの収束によって、収束にかかる処理時間を短縮できるとともに他の領域でも収束させるために全体として収束率が減少することを回避し、またビームの特徴量を高精度に検出することが可能となる。
【００８２】また、請求項８記載の発明によれば、ノイズなどに影響される範囲を除いてビームを収束させることによって、収束の精度を向上させるとともに収束にかかる時間を短縮することが可能となる。
【００８３】また、請求項９記載の発明によれば、複数のビームが重畳している状態で、個々のビームの特徴量を検出することが可能となる。
【００８４】また、請求項１０記載の発明によれば、複数のビームが重畳している部分の最大の光量よりも大きい光量で閾値を設定し、その閾値よりも大きい光量を有する範囲で重心を検出し、その重心位置を関数の初期位置とすることで、収束速度と検出精度とを向上させることが可能となる。
【００８５】また、請求項１１記載の発明によれば、隣接して影響しあう複数のビーム同士の相対位置が主走査方向及び副走査方向にずれている場合、対象とするビームの特徴量を高精度に検出することが可能となる。
【００８６】また、請求項１２記載の発明によれば、関数を２次元とすることによって、ビームの特徴量を高精度に検出することが可能となる。
【００８７】また、請求項１３記載の発明によれば、対象とするビームとは別のビームに収束したり、収束後にデータが負となったりする等の不具合を回避することが可能となる。
【００８８】また、請求項１４記載の発明によれば、記憶するデータの容量を大幅に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るビームプロファイル検証方法を説明する図である。
【図２】ビームの画像を示す図である。
【図３】ビームの光量データを示す図である。
【図４】光量データと関数データを示す図である。
【図５】光量データに収束させた関数データを示す図である。
【図６】円形開口のアパーチャを示す図である。
【図７】円形開口のアパーチャを通過したビームの光量データに生じるサイドローブを示す図である。
【図８】図７に示す光量データとその光量データに収束させた関数データを示す図である。
【図９】矩形開口のアパーチャを示す図である。
【図１０】矩形開口のアパーチャを通過したビームの光量データとその光量データに収束させた関数データを示す図である。
【図１１】矩形開口アパーチャを通過したビームの光量データとその光量データに収束させた関数データを示す図である。
【図１２】関数データを光量データに近似させる範囲を示す図である。
【図１３】関数データを光量データに近似させる１／ｅ2の光量よりも明るい範囲を示す図である。
【図１４】２つの光源から重畳するように出射されたビームの画像を示す図である。
【図１５】２つのビームによる光量データとその光量データに収束させる関数データを示す図である。
【図１６】図１５に示す関数データを２つのビームによる光量データに収束させた状態を示す図である。
【図１７】２つのビームが重畳していない部分の光量データの範囲を示す図である。
【図１８】２つのビームのそれぞれの重心を通る光量検出位置を示す図である。
【図１９】２つのビームによる光量データとその光量データに収束させた関数データを示す図である。
【図２０】２つのビームの位置のずれとビームの光量検出位置を示す図である。
【符号の説明】
１０ 書込み光学系
４１、４４、４６、５３、５８ 光量データ
４２、４５、４７、５４ 関数データ
４９、５０、５１ 範囲
４８ 最明値
５２ 範囲
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像形成装置の書込み光学系から出射されるビームを高精度に検証するビームプロファイル検証方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、電子写真方式の画像形成装置を組み立てる前には走査光学系の各種光学素子の性能を評価するために、走査光学系から出射されるビームを走査させる回転多面鏡を固定し、静止しているビームをスリットによって一部遮断し、通過する光量を測定した後にスリットを移動させるという動作を順次繰り返して、測定した光量をつないでビームのプロファイルとする方法や、走査光学系から出射されるビームを２次元ＣＣＤカメラ等によって取得し、取得した２次元の光量分布を閾値処理してビーム径を検出する方法や、走査光学系のビームを連続点灯させて静止しているスリットを横切るように移動させ、その時通過するビームの光量の時間的変化によりビームの光量分布を評価する方法があった。
【０００３】特開平８−２４７７３２号公報では、レーザプリンタ等の走査光学系におけるレーザビーム径測定装置において、ビーム径が感光体面上の結像点からずれてサイドローブが発生しているビームでも、ビーム径をサイドローブも含めて検出することができるものが記載されている。
【０００４】また、特開２０００−１８０７５７号公報では、ハイパワー半導体レーザを用いることなくビームを複数照射することによってスポット上のビーム照射を可能とし、複数のビームを主走査方向に重ね合わせて１つの走査ビーム照射領域を形成したり、印刷スピードを向上させるために副走査方向に複数光源を用いたりして、画像形成の高解像化および消費電力や発熱等の問題を解決するべく光源の光量の減少を図るものが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来の特開平８−２４７７３２号公報記載のものにあっては、実際の画像形成時の点灯パターンは隣接するビームが部分的に重なり合うため、サイドローブが埋没した場合に、ビームのプロファイルを個々に検出することはできなかった。
【０００６】また、特開２０００−１８０７５７号公報に記載のものにあっては、画像形成時と同様な状態でビームのプロファイルを検証する際、ビームを走査させる回転多面鏡に生じる軸ぶれや面倒れなどの各面のばらつき、光源の相対的な応答ばらつき、光源点灯のための同期ばらつきなどが時系列的に生じ、複数の光源を同時に点灯した場合と個々に点灯した場合とで同一状態で点灯させることは困難であるために、ビームの光量が重なった状態での光量の分布状態とそれぞれのビーム位置やビーム径などを測定する必要があったが、複数の光源の同時点灯により重畳した光量分布状態で個々のビームのプロファイルを検出することはできなかった。
【０００７】そこで本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、ビームの光量データを関数によって表現することでビームのプロファイルを高解像で検出するとともに、複数のビームが重畳している状態でも個々のビームのプロファイルを検証することが可能なビームプロファイル検証方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のビームプロファイル検証方法は、画像形成装置の書込み光学系によって出射されるビームを受光する受光工程と、前記受光工程によって受光された前記ビームのビーム情報を格納するビーム情報格納工程と、前記ビーム情報格納工程によって格納された前記ビーム情報を前記ビームの光量の分布を表す光量データに処理するとともに、前記光量データを近似する関数を前記光量データに収束するように前記関数を処理するビーム情報処理工程と、前記ビーム情報処理工程によって処理されることで前記光量データに収束した前記関数に基づいて前記ビームのプロファイルを検出するビーム情報検出工程とを備えることを特徴とする方法を用いている。
【０００９】この方法により、ビームの光量データを関数によって近似し、ビームのプロファイルを仮設定した後、関数内のパラメータを変化させることによって関数を実際に検出されたビームの光量データに収束させて、収束後の関数から関数表現のために連続値として高分解能であり受光系の感度ばらつき等を除去したビームの特徴量を高精度に検出することができることとなる。
【００１０】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記関数が点像分布関数であることを特徴とする方法を用いている。
【００１１】この方法により、ビームを出射する光源に円形開口等が固定され、点像として仮定できる光学系の場合に、ビームの光量データを点像分布関数で近似してサイドローブの影響を付加して収束させるのでビームの特徴量を高精度に検出することができることとなる。
【００１２】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記関数がフラウンホーファー回折に基づいた関数であることを特徴とする方法を用いている。
【００１３】この方法により、ビームを出射する光源に矩形開口が固定され、フラウンホーファー回折の影響を示す光学系の場合、ビームの光量データをフラウンホーファー回折に基づく関数で近似して、サイドローブの影響を付加して収束させるのでビームの特徴量を高精度に検出することができることとなる。
【００１４】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記関数が、ビームの位置を表すパラメータとビームの振幅を表すパラメータとビームの幅を表すパラメータとを備えることを特徴とする方法を用いている。
【００１５】この方法により、ビームの光量データを近似する関数を光量データに収束した後に各々のパラメータよりビームの特徴量を検出することができることとなる。
【００１６】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記ビーム情報処理工程によって前記関数を前記光量データに収束するように処理させた際のノイズ成分を表すオフセット項を前記関数が備えることを特徴とする方法を用いている。
【００１７】この方法により、ビームを取得する際のノイズ成分を除去したビームの特徴量を検出することができることとなる。
【００１８】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記ビーム情報処理工程によって前記ビーム情報格納工程で格納された前記ビーム情報から前記ビームの重心が求められ、前記重心が前記ビーム情報処理工程によって前記光量データに収束するように処理される前記関数の位置を表すパラメータの初期値として設定されることを特徴とする方法を用いている。
【００１９】この方法により、予めビーム情報から求められたビームの重心をビームの位置を表す関数のパラメータの初期値として設定されることにより、関数の収束速度を向上させるとともに関数が異なる位置で収束することを回避することができることとなる。
【００２０】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記光量データが複数の範囲に区切られ、前記複数の範囲のうちの少なくとも１つの範囲内で前記ビーム情報処理工程によって前記関数が前記光量データに収束するように処理されることを特徴とする方法を用いている。
【００２１】この方法により、ビームの特徴量に寄与する領域のみで関数を収束させて、ビームの特徴量を高精度に検出することができることとなる。
【００２２】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記ビーム情報処理工程によって、前記ビーム情報から前記ビームの最明値が求められるとともに前記最明値から前記光量データの閾値が求められ、前記閾値より大きい光量を有する前記光量データの範囲内で前記関数が前記光量データに収束するように処理されることを特徴とする方法を用いている。
【００２３】この方法により、ビームの光量データのばらつきが関数の収束に影響することを低減し、ビームの主となる光量データの範囲で関数を収束させて、関数の一致率を向上し、高精度にビームの特徴量を検出することができることとなる。
【００２４】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記ビームが複数であって前記複数のビームは前記複数のビームの少なくとも一部が重畳して前記受光工程によって受光され、前記複数のビームの数と同じ数の前記関数を和算することによって前記複数のビームによる前記光量データに収束するように処理される関数が表されることを特徴とする方法を用いている。
【００２５】この方法により、ビームが走査ビームなど時間的に変化する系においてビームを複数の光源から重畳するように出射され、重畳した状態で複数のビームの相対位置や光量データを動的に検出する場合に、個々のビームを関数で代用し、各関数の和を一の関数として、多重露光されたビームに収束させ、収束後の各々の関数をビームの光量データとして用いることにより多重露光された状態で、個々のビームの特徴量を検出することができることとなる。
【００２６】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記ビーム情報処理工程によって、前記複数のビームの重畳している部分での最大の光量よりも大きい光量を有する前記複数のビームの前記光量データの範囲から前記閾値が設定されるとともに前記閾値より大きい前記光量を有する前記光量データの範囲内で前記複数のビームの各々の重心が求められ、前記各々の重心が、前記複数のビームの数と同じ数の前記関数の各々の位置を表すパラメータの初期値として前記複数のビームと同数の前記関数の各々に設定されることを特徴とする方法を用いている。
【００２７】この方法により、ビームの重畳している範囲での最大の光量よりも大きい光量で閾値を設定し、その閾値よりも大きい光量でビームの重心を求め、求められた重心を関数の位置を表すパラメータの初期値とすることで収束速度と検出精度を向上することができることとなる。
【００２８】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記複数のビームのうち隣接する前記ビームの各々の前記重心の相対位置が、主走査方向と副走査方向との少なくとも一方の方向にずれている場合、前記ビーム情報処理工程によって、前記ビーム情報は前記プロファイルを検出する対象の前記ビームの重心を含む前記光量データに処理されるとともに、前記和算された関数は前記光量データに収束するように処理され、前記ビーム情報検出工程によって、前記和算された関数のうち前記プロファイルを検出する対象の前記ビームを表す前記関数に基づいて前記プロファイルを検出する対象の前記ビームのプロファイルが検出されることを特徴とする方法を用いている。
【００２９】この方法により、重畳している複数のビームの重心の位置がずれている場合でも、対象とするビームの特徴量を高精度に検出することができることとなる。
【００３０】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記関数が、２次元の関数であることを特徴とする方法を用いている。
【００３１】この方法により、２次元の関数として収束させることにより、相対的に影響を与えている隣接するビームの特徴量を高精度に検出することができることとなる。
【００３２】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記関数の前記パラメータに制約条件が与えられることを特徴とする方法を用いている。
【００３３】この方法により、関数の収束条件を制限することにより、関数が対象外のビームに収束したり、収束後に負の値となったりする等の不具合を回避して、ビームの特徴量を検出することができることとなる。
【００３４】また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記ビーム情報格納工程が、前記ビーム情報処理工程によって処理された前記関数から前記関数のパラメータのみを格納することを特徴とする方法を用いている。
【００３５】この方法により、関数のパラメータのみを格納することで、格納されるビームのプロファイル情報の容量を大幅に低減することができることとなる。
【００３６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００３７】図１〜図２０は本発明の一実施形態に係るビームプロファイル検証方法を説明する図である。
【００３８】図１に示すように、本発明の一実施形態のビームプロファイル検証方法は、画像形成装置の書込み光学系１０の回転するポリゴンミラー１１によってレーザダイオード（ＬＤ）１２から出射されたビームを反射し、反射されたビームをｆθレンズ１３に透過させ、ｆθレンズ１３を透過したビームは対物レンズ２１を透過した後に受光工程によって２次元ＣＣＤカメラ２０で受光する。
【００３９】２次元ＣＣＤカメラ２０によって受光されたビームはデジタル情報に光電変換され、ビームのデジタル情報に変換されたビーム情報はコンピュータ３０に送信される。
【００４０】コンピュータ３０では、画情報を表示する表示部３１や図示しない入出力部、記憶部、論理演算部、制御部等を備え、ビーム情報や検出されたビームのプロファイル等を格納するビーム情報格納工程、ビーム情報や関数を演算等によって処理するビーム情報処理工程、ビーム情報を検出するビーム情報検出工程が行われる。
【００４１】コンピュータ３０に送信されたビーム情報は、ビーム情報格納工程によってコンピュータ３０内に格納される。コンピュータ３０内に格納されたビーム情報はビーム情報処理工程によって処理されることで、図２R>２に示すようなビーム画像４０が取得され、表示部３１に表示される。さらにビーム情報処理工程によってビーム画像４０の最も明るい部分の最明値または重心の位置が導出され、その座標を通る主走査方向または副走査方向のビームの光量データ４１が取得される。図３に取得されたビームの光量データ４１を示すが、光量データ４１は２次元ＣＣＤカメラ２０の画素ばらつき等によって、ビームの径を導出する際に通常用いられる光量の最明値から１／ｅ2の光量の範囲でばらつきを生じることがある。
【００４２】そのため、例えば（１）式に示すガウシアンビームの関数を設定し、ビーム情報処理工程によって以下のように処理を行う。
【００４３】
【数１】
【００４４】（１）式中の振幅Ａはビームの光量、幅Ｂはビームの径、対称軸Ｃはビームの位置、定数項Ｄは２次元ＣＣＤカメラ２０の暗電流ノイズなどのオフセット量に起因するパラメータとする。各パラメータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに初期値を適当に与えておくことによって、図４に示すような、光量データ４１とガウシアンビームの関数によって表された関数データ４２との関係が得られる。
【００４５】光量データ４１の値をＩK、関数データの値をｆK、横軸方向の近似範囲をＷとすると、図４の横軸に示す各位置における光量データＩK、関数データｆKの差ｄは（２）式のように示される。
【００４６】
【数２】
【００４７】（２）式中のｄの値が小さくなるようにパラメータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを変化させて、ｄの値が最小となった時点、即ち図５に示すように光量データ４１に関数データ４２を収束させた時点での関数がビームのプロファイルとされる。関数の収束結果である近似解を導出する方法としては準ニュートン法やＬｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕｒｄｔ法などが用いられる。
【００４８】ビーム情報検出工程では、ｄの値が最小となった時点で、関数のパラメータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの（Ａ＋Ｄ）の値をビームの光量の最明値、ｆ（ｘ）＝（Ａ＋Ｄ）／ｅ2を満たすｘの幅をビームの径、Ｃをビームの位置としてビームのプロファイルとしての特徴量が検出される。ｆ（ｘ）＝（Ａ＋Ｄ）／ｅ2を満たすｘの導出には、逆関数の導出やＮｅｗｔｏｎ−Ｐａｐｈｓｏｎ法などが用いられる。
【００４９】図６に示すように、ＬＤ１２の出射端に円形開口のアパーチャ１４が設置されている場合には、ｆθレンズ１３等を透過して結像するビームは点像として仮定され、ビームの像にはサイドローブが生じるために、取得された光量データ４１には図７に示すようにサイドローブ部４３が生じるのでサイドローブ部４３の光量の分布も近似する。円形開口による回折像の光量の分布を示す式としては点像分布関数としてのＢｅｓｓｅｌ関数が用いられ、ビームの特徴量に起因する関数としてパラメータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを反映させると、（３）式のように表せる。
【００５０】
【数３】
【００５１】（３）式中の各パラメータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを変化させることによって図８に示すように関数データ４５を光量データ４４に収束させ、収束した時点での関数のパラメータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄからビームのプロファイルとしての特徴量を検出する。
【００５２】図９に示すように、矩形開口のアパーチャ１５が設置されている場合には、ｆθレンズ１３等を透過して結像するビームの像はフラウンホーファー回折像の光量の分布となり、ビームの特徴量に起因する関数としてパラメータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、近似範囲Ｗを反映させると（４）式のように表せる。
【００５３】
【数４】
【００５４】（４）式中の各パラメータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを変化させることによって図１０に示すように関数データ４７を光量データ４６に収束した時点での関数のパラメータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄからビームのプロファイルとしての特徴量を検出する。
【００５５】なお、矩形開口のアパーチャ１５が設置されている場合の書込み光学系１０のビームにガウシアンビーム（１）式、円形開口（３）式、矩形開口（４）式の関数を（２）式によって図１１に示すように収束させた場合、それぞれの関数によって得られた差を比較すると、ガウシアンビーム（１）式に対して円形開口（３）式では２０％、矩形開口（４）式では３０％、一致度が向上した結果が得られている。
【００５６】なお、（１）式、（３）式、（４）式はパラメータＡ、Ｂ、Ｃを反映させた関数として設定することで、メカニカルシャッターなどにより遮光して２次元ＣＣＤカメラ２０等の暗電流画像を取得し、ビーム画像４０から画像間差分によって差し引くなどの処置を施した場合のノイズ成分に起因するオフセットを無視することができる。
【００５７】また、ビーム情報をビーム情報処理工程によって処理することで取得される図２に示すようなビーム画像４０から、ビーム画像４０の重心の位置を導出して、重心の値を関数の位置を表すパラメータＣの初期値として代入して近似、収束することで、関数の収束前の位置を仮設定し、収束させる関数とビームの光量データの組み合わせ違いを回避し、さらに収束にかかる時間を短縮することが可能となる。パラメータＤは、定数項として関数に反映することでビーム画像４０に影響する暗電流ノイズなどのオフセット量を想定することができる。
【００５８】関数（１）式、（３）式、（４）式などをビームの光量データ４１、４４、４６に収束させる範囲は、予め任意の幅で複数に区切られ、これらの範囲のうち少なくとも１つの範囲内で収束させてもよい。例えば、図１２に示すようにこれらの範囲は、ビーム情報処理工程によってビーム情報から求められた最明値４８から最明値４８の７０％までの光量を有する最明値近傍の範囲４９、最明値４８の１０％から２０％までの光量を有する最明値４８の１／ｅ2近傍の範囲５０、５１で区切られ、これらの範囲で関数を光量データに収束させることもできる。
【００５９】また、図１３に示すように、関数データを光量データに収束させる範囲は、光量の最明値４８から最明値４８の１／ｅ2の光量よりも大きい光量を有する範囲５２の幅で区切られ、範囲５２で関数を収束させることで、範囲５２外のばらつきを生じている範囲も収束させて範囲５２での収束が低減されるということから回避することができる。
【００６０】図１４に示すように、ビームが例えば２つのＬＤから出射され、矩形開口１５を通過して２つのビームの少なくとも一部が受光工程によって２次元ＣＣＤカメラ２０で重畳するように受光される場合、図１５に示すような光量データ５３を取得する。なお、ＬＤから出射されるビームの数は複数であれば、２つ以外であってもよい。また、ここでは、出射される複数のビームを矩形開口１５に通過させた場合の例を示しているが、円形開口１４等を通過させた場合に適用されてもよい。
【００６１】本実施形態においては、２つのビームは矩形開口１５を通過したビームであるから（４）式の関数が異なる位置において２つ設定される。設定された２つの関数をｆ1、ｆ2、関数ｆ1のパラメータをＡ1、Ｂ1、Ｃ1、Ｄ1、関数ｆ2のパラメータをＡ2、Ｂ2、Ｃ2、Ｄ2、近似させる範囲をＷとして（５）式、（６）式のように設定する。なお、Ａ1、Ａ2はビームの振幅、Ｂ1、Ｂ2はビームの幅、Ｃ1、Ｃ2はビームの位置、Ｄ1、Ｄ2はオフセットとする。
【００６２】
【数５】
【００６３】
【数６】
【００６４】そして、２つの関数（５）式、（６）式の和である関数Ｆは（７）式のように示され、（７）式中の各パラメータに初期値を適当に与えることによって図１５１５に示すように関数Ｆは表され、関数Ｆの各パラメータを変更することによって図１６に示すように関数Ｆによる関数データ５４を２つのビームの光量データ５３に収束させる。
【００６５】
【数７】
【００６６】光量データ５３に収束後の関数ＦのパラメータＡ1、Ｂ1、Ｃ1、Ｄ1、Ａ2、Ｂ2、Ｃ2、Ｄ2を収束後の関数ｆ1、ｆ2のパラメータとして代入することで２つのビームのそれぞれのビームの径や位置などの特徴量を検出することができる。従って、ビームが重畳した状態でもそれぞれのビームの特徴量を検出することが可能となる。
【００６７】なお、２つの関数ｆ1、ｆ2のパラメータＣ1、Ｃ2には、図１７に示すように２つのビームが重畳していない範囲５５でビーム情報処理工程によって閾値処理をされ、その範囲５５で検出されたそれぞれのビームの重心が代入されてもよい。そうすることでそれぞれの関数の収束前の位置を仮設定することができる。
【００６８】２つのビームが、例えば図１８に示すように主走査方向にずれている場合は、光量データは閾値処理をされた範囲５５で検出されたそれぞれのビームの重心を通る光量検出位置５６、５７で取得される。図１８中の上側のビームのプロファイルを検出したい場合には、上側のビームの重心を通る光量検出位置５６で取得された図１９に示す光量データ５８に関数Ｆを収束させ、収束後に関数ＦのパラメータＡ1、Ｂ1、Ｃ1、Ｄ1、Ａ2、Ｂ2、Ｃ2、Ｄ2のうち関数ｆ1のパラメータＡ1、Ｂ1、Ｃ1、Ｄ1を収束後の関数ｆ1のパラメータとして代入することで上側の関数データ５９から上側のビームの径や位置などの特徴量を検出することができる。下側のビームのプロファイルを検出したい場合には、下側のビームの重心を通る光量検出位置５７で取得された光量データを用いることで検出することができる。
【００６９】なお、例えば（８）式に示すように、関数は、主走査方向ｘ、副走査方向ｙの２次元の関数であってもよい。
【００７０】
【数８】
【００７１】（８）式は、ビームが矩形開口を通過する場合に用いる関数である（４）式を２次元表示したものであり、Ａはビームの振幅、Ｂは主走査方向のビームの幅、Ｃはビームの主走査方向の位置、Ｄはノイズ等のオフセット量、Ｅは副走査方向のビームの幅、Ｆはビームの副走査方向の位置、Ｗ1は主走査方向の近似範囲、Ｗ2は副走査方向の近似範囲である。
【００７２】図２０に示すように、２つのビームがずれている場合において、図２０中の上側のビームのプロファイルを検出したい場合には、上側のビームの重心を通る光量検出位置６０で取得された光量データに２次元表示とした２つの関数の和の関数を収束させ、収束後の関数データからビームの径や位置などの特徴量を検出することができる。
【００７３】関数のパラメータはビームのプロファイルに関するものであるから、収束条件をＡ＞０、Ｂ＞０、Ｃ＞０、Ｄ≧０（２次元の関数の場合には、Ａ＞０、Ｂ＞０、Ｃ＞０、Ｄ≧０、Ｅ＞０、Ｆ＞０）として制約し、円形開口や矩形開口の回折像の光量の分布を示す式を用いる場合は、受光系より取得されるデータがデジタルデータである為ｘ＝ＣとならないようにＣ≠整数とし、ビームが２つの場合には収束途中で位置が入れ替わることのないようにＣ1＜Ｃ2の制約を付加して収束させることによって、収束速度、信頼性を向上させることができる。
【００７４】なお、走査光学系では１ライン分のビームの個数が何千にもなるので、それぞれのビームの光量データに収束させた関数データをビーム情報格納工程において記憶部に格納していては記憶容量が膨大になり、また、格納したデータを圧縮するにしても処理時間が多大にかかってしまうため記憶容量を大幅に低減するために関数のパラメータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆのみを格納してもよい。ビームのプロファイルを取り出すときはビーム情報格納部からパラメータを読み出して関数に代入することで取得することができる。
【００７５】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、２次元ＣＣＤカメラ等によってビームを受光する際の各画素のばらつきを平滑化することが可能となり、画素のばらつきに起因するビームの径やビームの光量の最明値、ビームの位置のばらつきを低減し、ビームの特徴量を高精度に検出することが可能となる。
【００７６】また、請求項２記載の発明によれば、ビームを出射する光源に円形開口のアパーチャなどが設定されている場合に、サイドローブなどのビームの特性を示す関数で近似、収束させることが可能となる。
【００７７】また、請求項３記載の発明によれば、ビームを出射する光源に矩形開口のアパーチャなどが設定されている場合に、サイドローブなどのビームの特性を示す関数で近似、収束させることが可能となる。
【００７８】また、請求項４記載の発明によれば、ビームの特徴量として必要なビームの位置、ビームの光量、ビームの径を示すパラメータを収束時に変化させることで、収束後に個々のパラメータからビームの特徴量を高精度に検出することが可能となる。
【００７９】また、請求項５記載の発明によれば、２次元ＣＣＤカメラなどの受光デバイスに起因する暗電流ノイズ等を示す項を設けているので、関数を近似、収束した後にノイズ成分を除去してビームの特徴量を検出することが可能となる。
【００８０】また、請求項６記載の発明によれば、関数の収束前の位置を仮設定することにより、収束させる関数とビームの組み合わせ違いを回避するとともに収束速度を向上させて収束にかかる時間を短縮することが可能となる。
【００８１】また、請求項７記載の発明によれば、ビームの特徴量に寄与する領域のみの収束によって、収束にかかる処理時間を短縮できるとともに他の領域でも収束させるために全体として収束率が減少することを回避し、またビームの特徴量を高精度に検出することが可能となる。
【００８２】また、請求項８記載の発明によれば、ノイズなどに影響される範囲を除いてビームを収束させることによって、収束の精度を向上させるとともに収束にかかる時間を短縮することが可能となる。
【００８３】また、請求項９記載の発明によれば、複数のビームが重畳している状態で、個々のビームの特徴量を検出することが可能となる。
【００８４】また、請求項１０記載の発明によれば、複数のビームが重畳している部分の最大の光量よりも大きい光量で閾値を設定し、その閾値よりも大きい光量を有する範囲で重心を検出し、その重心位置を関数の初期位置とすることで、収束速度と検出精度とを向上させることが可能となる。
【００８５】また、請求項１１記載の発明によれば、隣接して影響しあう複数のビーム同士の相対位置が主走査方向及び副走査方向にずれている場合、対象とするビームの特徴量を高精度に検出することが可能となる。
【００８６】また、請求項１２記載の発明によれば、関数を２次元とすることによって、ビームの特徴量を高精度に検出することが可能となる。
【００８７】また、請求項１３記載の発明によれば、対象とするビームとは別のビームに収束したり、収束後にデータが負となったりする等の不具合を回避することが可能となる。
【００８８】また、請求項１４記載の発明によれば、記憶するデータの容量を大幅に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るビームプロファイル検証方法を説明する図である。
【図２】ビームの画像を示す図である。
【図３】ビームの光量データを示す図である。
【図４】光量データと関数データを示す図である。
【図５】光量データに収束させた関数データを示す図である。
【図６】円形開口のアパーチャを示す図である。
【図７】円形開口のアパーチャを通過したビームの光量データに生じるサイドローブを示す図である。
【図８】図７に示す光量データとその光量データに収束させた関数データを示す図である。
【図９】矩形開口のアパーチャを示す図である。
【図１０】矩形開口のアパーチャを通過したビームの光量データとその光量データに収束させた関数データを示す図である。
【図１１】矩形開口アパーチャを通過したビームの光量データとその光量データに収束させた関数データを示す図である。
【図１２】関数データを光量データに近似させる範囲を示す図である。
【図１３】関数データを光量データに近似させる１／ｅ2の光量よりも明るい範囲を示す図である。
【図１４】２つの光源から重畳するように出射されたビームの画像を示す図である。
【図１５】２つのビームによる光量データとその光量データに収束させる関数データを示す図である。
【図１６】図１５に示す関数データを２つのビームによる光量データに収束させた状態を示す図である。
【図１７】２つのビームが重畳していない部分の光量データの範囲を示す図である。
【図１８】２つのビームのそれぞれの重心を通る光量検出位置を示す図である。
【図１９】２つのビームによる光量データとその光量データに収束させた関数データを示す図である。
【図２０】２つのビームの位置のずれとビームの光量検出位置を示す図である。
【符号の説明】
１０ 書込み光学系
４１、４４、４６、５３、５８ 光量データ
４２、４５、４７、５４ 関数データ
４９、５０、５１ 範囲
４８ 最明値
５２ 範囲
【特許請求の範囲】
【請求項１】画像形成装置の書込み光学系によって出射されるビームを受光する受光工程と、前記受光工程によって受光された前記ビームのビーム情報を格納するビーム情報格納工程と、前記ビーム情報格納工程によって格納された前記ビーム情報を前記ビームの光量の分布を表す光量データに処理するとともに、前記光量データを近似する関数を前記光量データに収束するように前記関数を処理するビーム情報処理工程と、前記ビーム情報処理工程によって処理されることで前記光量データに収束した前記関数に基づいて前記ビームのプロファイルを検出するビーム情報検出工程とを備えることを特徴とするビームプロファイル検証方法。
【請求項２】前記関数が点像分布関数であることを特徴とする請求項１に記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項３】前記関数がフラウンホーファー回折に基づいた関数であることを特徴とする請求項１に記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項４】前記関数が、ビームの位置を表すパラメータとビームの振幅を表すパラメータとビームの幅を表すパラメータとを備えることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項５】前記ビーム情報処理工程によって前記関数を前記光量データに収束するように処理させた際のノイズ成分を表すオフセット項を前記関数が備えることを特徴とする請求項４に記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項６】前記ビーム情報処理工程によって前記ビーム情報格納工程で格納された前記ビーム情報から前記ビームの重心が求められ、前記重心が前記ビーム情報処理工程によって前記光量データに収束するように処理される前記関数の位置を表すパラメータの初期値として設定されることを特徴とする請求項４または５に記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項７】前記光量データが複数の範囲に区切られ、前記複数の範囲のうちの少なくとも１つの範囲内で前記ビーム情報処理工程によって前記関数が前記光量データに収束するように処理されることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項８】前記ビーム情報処理工程によって、前記ビーム情報から前記ビームの最明値が求められるとともに前記最明値から前記光量データの閾値が求められ、前記閾値より大きい光量を有する前記光量データの範囲内で前記関数が前記光量データに収束するように処理されることを特徴とする請求項７に記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項９】前記ビームが複数であって前記複数のビームは前記複数のビームの少なくとも一部が重畳して前記受光工程によって受光され、前記複数のビームの数と同じ数の前記関数を和算することによって前記複数のビームによる前記光量データに収束するように処理される関数が表されることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項１０】前記ビーム情報処理工程によって、前記複数のビームの重畳している部分での最大の光量よりも大きい光量を有する前記複数のビームの前記光量データの範囲から前記閾値が設定されるとともに前記閾値より大きい前記光量を有する前記光量データの範囲内で前記複数のビームの各々の重心が求められ、前記各々の重心が、前記複数のビームの数と同じ数の前記関数の各々の位置を表すパラメータの初期値として前記複数のビームと同数の前記関数の各々に設定されることを特徴とする請求項９に記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項１１】前記複数のビームのうち隣接する前記ビームの各々の前記重心の相対位置が、主走査方向と副走査方向との少なくとも一方の方向にずれている場合、前記ビーム情報処理工程によって、前記ビーム情報は前記プロファイルを検出する対象の前記ビームの重心を含む前記光量データに処理されるとともに、前記和算された関数は前記光量データに収束するように処理され、前記ビーム情報検出工程によって、前記和算された関数のうち前記プロファイルを検出する対象の前記ビームを表す前記関数に基づいて前記プロファイルを検出する対象の前記ビームのプロファイルが検出されることを特徴とする請求項１０に記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項１２】前記関数が、２次元の関数であることを特徴とする請求項９〜１１の何れかに記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項１３】前記関数の前記パラメータに制約条件が与えられることを特徴とする請求項４から１２の何れかに記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項１４】前記ビーム情報格納工程が、前記ビーム情報処理工程によって処理された前記関数から前記関数のパラメータのみを格納することを特徴とする請求項４から１３の何れかに記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項１】画像形成装置の書込み光学系によって出射されるビームを受光する受光工程と、前記受光工程によって受光された前記ビームのビーム情報を格納するビーム情報格納工程と、前記ビーム情報格納工程によって格納された前記ビーム情報を前記ビームの光量の分布を表す光量データに処理するとともに、前記光量データを近似する関数を前記光量データに収束するように前記関数を処理するビーム情報処理工程と、前記ビーム情報処理工程によって処理されることで前記光量データに収束した前記関数に基づいて前記ビームのプロファイルを検出するビーム情報検出工程とを備えることを特徴とするビームプロファイル検証方法。
【請求項２】前記関数が点像分布関数であることを特徴とする請求項１に記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項３】前記関数がフラウンホーファー回折に基づいた関数であることを特徴とする請求項１に記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項４】前記関数が、ビームの位置を表すパラメータとビームの振幅を表すパラメータとビームの幅を表すパラメータとを備えることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項５】前記ビーム情報処理工程によって前記関数を前記光量データに収束するように処理させた際のノイズ成分を表すオフセット項を前記関数が備えることを特徴とする請求項４に記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項６】前記ビーム情報処理工程によって前記ビーム情報格納工程で格納された前記ビーム情報から前記ビームの重心が求められ、前記重心が前記ビーム情報処理工程によって前記光量データに収束するように処理される前記関数の位置を表すパラメータの初期値として設定されることを特徴とする請求項４または５に記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項７】前記光量データが複数の範囲に区切られ、前記複数の範囲のうちの少なくとも１つの範囲内で前記ビーム情報処理工程によって前記関数が前記光量データに収束するように処理されることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項８】前記ビーム情報処理工程によって、前記ビーム情報から前記ビームの最明値が求められるとともに前記最明値から前記光量データの閾値が求められ、前記閾値より大きい光量を有する前記光量データの範囲内で前記関数が前記光量データに収束するように処理されることを特徴とする請求項７に記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項９】前記ビームが複数であって前記複数のビームは前記複数のビームの少なくとも一部が重畳して前記受光工程によって受光され、前記複数のビームの数と同じ数の前記関数を和算することによって前記複数のビームによる前記光量データに収束するように処理される関数が表されることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項１０】前記ビーム情報処理工程によって、前記複数のビームの重畳している部分での最大の光量よりも大きい光量を有する前記複数のビームの前記光量データの範囲から前記閾値が設定されるとともに前記閾値より大きい前記光量を有する前記光量データの範囲内で前記複数のビームの各々の重心が求められ、前記各々の重心が、前記複数のビームの数と同じ数の前記関数の各々の位置を表すパラメータの初期値として前記複数のビームと同数の前記関数の各々に設定されることを特徴とする請求項９に記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項１１】前記複数のビームのうち隣接する前記ビームの各々の前記重心の相対位置が、主走査方向と副走査方向との少なくとも一方の方向にずれている場合、前記ビーム情報処理工程によって、前記ビーム情報は前記プロファイルを検出する対象の前記ビームの重心を含む前記光量データに処理されるとともに、前記和算された関数は前記光量データに収束するように処理され、前記ビーム情報検出工程によって、前記和算された関数のうち前記プロファイルを検出する対象の前記ビームを表す前記関数に基づいて前記プロファイルを検出する対象の前記ビームのプロファイルが検出されることを特徴とする請求項１０に記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項１２】前記関数が、２次元の関数であることを特徴とする請求項９〜１１の何れかに記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項１３】前記関数の前記パラメータに制約条件が与えられることを特徴とする請求項４から１２の何れかに記載のビームプロファイル検証方法。
【請求項１４】前記ビーム情報格納工程が、前記ビーム情報処理工程によって処理された前記関数から前記関数のパラメータのみを格納することを特徴とする請求項４から１３の何れかに記載のビームプロファイル検証方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００３−１４５８３（Ｐ２００３−１４５８３Ａ）
【公開日】平成１５年１月１５日（２００３．１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００１−２０３８０１（Ｐ２００１−２０３８０１）
【出願日】平成１３年７月４日（２００１．７．４）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１５年１月１５日（２００３．１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１３年７月４日（２００１．７．４）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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