专利名称：光功率控制装置和方法、光束扫描装置、图像形成装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光功率控制装置、光束扫描装置、图像形成装置以及光功率控制方法。
背景技术：
通常希望光束扫描装置或图像形成装置精准地控制激光束等的光功率。
日本专利申请公开文本8-330661公开的一种APC(自动功率控制)电路促使光接收元件监控由半透半反镜分离的激光束(正面光)并基于该监控结果控制光功率。该APC机制称为正面光APC机制。
但在正面光APC机制中，需要在光学系统中设置半透半反镜以将光束分为透射光和反射光。因此光功率使用效率(用于曝光的光功率/总光功率)变得较低。
日本专利申请公开文本6-164070提出了另一种没有在光学系统中设置半透半反镜的正面光APC机制。根据该APC机制，光接收元件设置为接收从激光器输出的光束斑的一部分(泄漏光)。该泄漏光被束成形狭缝切断，并且不用于曝光。该APC电路基于由光接收元件获得的泄漏光的光功率来控制光功率。该APC机制称为泄漏光APC机制。泄漏光APC机制不需要半透半反镜。因此与采用半透半反镜的正面光APC机制相比可以提高光功率使用效率。
然而，在传统的泄漏光APC机制中，处于光斑中心部分的光功率(曝光光功率)以及处于外围部分的光功率(泄漏光功率)具有非线性关系。也就是说，当利用泄漏光功率来控制曝光光功率时可能发生控制误差。该控制误差是不希望的，因为例如会降低所形成的图像的质量。
发明内容
本发明的特征在于减少泄漏光APC机制中由于中心部分的光功率和外围部分的光功率之间的非线性关系而导致的控制误差。
本发明例如由用于控制从光束输出装置输出的光束的光功率的光功率控制装置来合适地实施。该光功率控制装置包括改变单元，其多次改变流向光束输出装置的电流的值，以及获取单元，其对应于每个电流值获得代表从光束输出装置输出的光束的光斑的外围部分的光功率的外围光功率。光功率控制装置还包括校正单元，其校正外围光功率从而使外围光功率和代表光斑的中心部分的光功率的中心光功率之间对应于每个电流值具有近似线性的关系。光功率控制装置还包括控制单元，其根据经过校正的外围光功率控制从光束输出装置输出的光束的光功率。
此外，本发明通过光束扫描装置实施，其包括输出光束的光束输出装置；控制光束输出装置的光功率控制装置；以及扫描从光束输出装置输出的光束的旋转多面体。
此外，本发明通过图像形成装置来实施，其包括被均匀充电的图像载体；以及光束扫描装置，其通过用光束照射图像载体来形成潜像。
此外，本发明通过控制从光束输出装置输出的光束的光功率的光功率控制方法来实施，该方法包括以下步骤多次改变流向光束输出装置的电流的值；对应于每个电流值获得代表从光束输出装置输出的光束的光斑的外围部分的光功率的外围光功率；校正外围光功率，从而使外围光功率和代表光斑的中心部分的光功率的中心光功率之间对应于每个电流值具有近似线性的关系；以及根据经过校正的外围光功率控制从光束输出装置输出的光束的光功率。
通过下面(参照附图)对示例性实施例的描述，本发明的其它特征将更为明显。
图1是按照实施例的示例性图像形成装置的截面图；图2是示出按照实施例的光束扫描装置的例子的图；图3是用于说明光束斑和该斑中各个点上的光功率之间关系的图；图4是示出在流向激光器的电流改变时获得的外围光功率和中心光功率之间关系的图；图5是示出按照实施例的校正电路的例子的框图；图6示出对应于每个电流值的外围光功率和中心光功率之间关系的图；图7是用于说明按照实施例的平方校正的图；图8是示出具有按照实施例光功率控制的图像形成过程的流程图；图9是示出按照实施例的另一校正电路的例子的框图；图10是示出驱动电流和外围光功率之间关系的图；图11是示出按照实施例的误差函数g(x)的示例的图；图12是用于说明按照实施例的校正过程的图；图13是按照实施例的校正函数产生过程的流程图；图14是示出按照实施例的另一校正电路的例子的框图。
具体实施例方式
下面描述本发明的实施例。下面描述的各个实施例只是用于理解各种概念，包括本发明的上位概念、中间概念和下位概念。本发明的范围由随说明书附的权利要求书来确定，而不限于下面描述的各个实施例。
图1是按照实施例的示例性图像形成装置的截面图。按照本发明的光功率控制装置的应用例子是光束扫描装置和图像形成装置，不过这只是举例而已。
光束扫描装置101是所谓的曝光装置。本发明的光功率控制装置应用于光束扫描装置101。光束扫描装置101用光束照射图像载体(例如感光鼓)102的均匀带电的表面。对应于打印目标图像的静电潜像形成在图像载体102的表面上。显影单元(例如显影辊)103利用显影剂对该潜像进行显影。转印单元(例如转印辊)104将显影剂的图像从图像载体102转印到打印介质S上。定影单元105将该显影剂图像定影在打印介质上。图像形成装置可以是市场上的复印机、打印机、打印装置、传真装置或多功能外设。
图2是示出按照实施例的光束扫描装置的例子的图。诸如边缘发射激光器的激光器201是光束输出装置的例子。与传统激光器不同，激光器201不能在正向和反向两个方向上都输出光束。传统的激光器可以采用背面光APC机制，这种机制采用在正向上输出的光束来曝光并采用在反向上输出的光束来进行光功率控制。但是，由于其结构而仅在一个方向上输出光束的激光器201采用“泄漏光APC机制”作为一种正面光APC机制。
从激光器201输出的光束入射到准直透镜202上，同时有某种程度的扩展。该光束通过准直透镜202转换为平行光束并由聚光透镜206会聚。具有一定宽度的束成形狭缝207对会聚的光束成形。作为一种旋转多面体的多面反射镜208反射经成形的光束。由多面反射镜208反射的光束穿过fθ透镜209和聚光透镜210，并对图像载体102如旋转感光鼓的表面曝光。
光接收元件203检测该光束斑的外围部分的光功率(外围光功率)。该光束斑的外围部分不用于曝光。光束斑的外围部分对应于由束成形狭缝207切断的所谓“泄漏光”。也就是说，光接收元件203设置在一点来检测该泄漏光而不会影响用于曝光的光束斑的中心部分。
校正电路204校正外围光功率，使得外围光功率(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)可以具有近乎线性的关系。APC电路205根据校正的外围光功率来控制从激光器201输出的光束的光功率。
图3是用于说明光束斑和该斑中各个点上的光功率之间关系的图。具体地说，在图3的右侧示出光束的FFP(远场图案)特性。纵轴代表出射角度，横轴代表光功率。光束的示意图在图3的左侧示出。由于被狭缝遮蔽，该光束斑分为用于曝光的中心部分和不用于曝光的外围部分。如上所述，光接收元件203设置在外围部分。
图4是示出在流向激光器的电流改变时获得的外围光功率和中心光功率之间关系的图。为了控制用于曝光的中心光功率，APC电路205优选测量中心光功率。但是由于上述原因，APC电路205测量外围光功率，并控制该光功率。如图4所示，外围光功率和中心光功率之间的关系通常是非线性的。
例如，假定外围光功率从基准值O0减少ΔP至O1。一般的APC电路通过将驱动电流增加ΔI1来将中心光功率增加ΔP1，由此将该值校正为基准值O0。当然，该APC电路是基于外围光功率和中心光功率具有线性关系的假设来工作的。
因此，当外围光功率从基准值O0减少ΔP时，APC电路可以通过将驱动电流增加ΔI1来精准地校正中心光功率。但是，如果外围光功率从基准值O0减少2ΔP至O2，则该APC电路不能足够地校正中心光功率。
中心光功率的实际减小幅度是ΔP2。但是，APC电路将驱动电流增加2ΔI1，从而中心光功率增加2ΔP1。结果中心光功率偏离目标值O0达Δ(Δ＝2ΔP1-ΔP2)。
在该实施例中，校正电路204设置在光接收元件203和APC电路205之间。校正电路204的操作将在下面详细描述。
<平方校正>
存在若干方法可用来校正外围光功率，使得外围光功率和中心光功率可以具有近似线性的关系。在此描述一种(平方校正)方法，其中将在使用时在从流向激光器的电流的第一值到第二值的区间中获得的外围光功率标准化并且平方。
图5是示出按照实施例的校正电路的例子的框图。标准化单元501是对在使用时在从流向激光器的电流的第一值到第二值的区间中获得的外围光功率进行标准化的电路。平方运算单元502是对经过标准化的外围光功率进行平方的电路。
在打印开始时，校正电路204首先生成用于平方校正的平方校正函数f(x)(x是外围光功率)。校正电路204在激光器201的运行电流的范围内选择任意一个区间[Ia，Ib]。校正电路204指示APC电路205通过所选择的区间的两端的驱动电流Ia和Ib来驱动激光器201。在该例子中，激光器201的驱动电流大约改变两次。APC电路205可以改变驱动电流超过两次的多次。然后校正电路204利用光接收元件203测量对应于该电流值的外围光功率P’a和P’b。
图6示出对应于每个电流值的外围光功率和中心光功率之间关系的图。设Pa是对应于驱动电流Ia的中心光功率，而P’a是对应于驱动电流Ia的外围光功率。设Pb是对应于驱动电流Ib的中心光功率，而P’b是对应于驱动电流Ib的外围光功率。
校正电路204通过将外围光功率P’a和P’b代入等式(1)中来产生标准化函数y(x)。
y(x)=1P′b-P′a(x-P′a)---(1)]]>注意，标准化单元501可以产生该标准化函数。
校正电路204通过对标准化函数y(x)进行平方来产生平方校正函数f(x)。注意，平方运算单元502可以产生该平方校正函数f(x)。
f(x)=(y(x))2=(1P′b-P′a(x-P′a))2---(2)]]>图7是用于说明按照实施例的平方校正的图。纵轴表示外围光功率，横轴表示中心光功率。在完成标准化后，对应于驱动电流Ia和Ib的外围光功率粗略地与中心光功率Pa和Pb匹配。通过利用平方校正的线性化过程，外围光功率和中心光功率具有近似线性的关系。
图8是示出带有按照该实施例的光功率控制的图像形成过程的流程图。步骤S801至S805对应于上述校正函数生成过程。
在步骤S801中，校正电路204选择要使用的驱动电流的区间[Ia，Ib]来生成校正函数。该区间优选包括例如实际用于曝光的最低电流值和最大电流值。
在步骤S802，校正电路204在APC电路205中设置所选择区间的两端的驱动电流之一，并促使激光器201发射激光。在步骤S803，校正电路204促使光接收元件203测量外围光功率。
在步骤S804，确定产生校正函数所需要的多次外围光功率测量是否结束。如果该测量还未结束，则该过程返回步骤S802。校正电路204改变驱动电流并执行测量。如果测量结束，则该过程前进至步骤S805。校正电路204产生平方校正函数。
在开始静电潜像形成时，校正电路204在步骤S806根据校正函数f(x)校正由光接收元件203检测的外围光功率x。APC电路205利用经过校正的外围光功率通过APC来控制光功率。
在步骤S807，光束扫描装置101根据图像数据驱动激光器201并对图像载体102进行曝光。在步骤S808，图像形成装置的控制单元(未示出)确定是否形成了一个页面的静电潜像。如果图像形成还未结束，则该过程返回步骤S807(或者在需要APC时返回S806)，以继续曝光过程。如果图像形成结束，则该过程前进至步骤S809。图像形成装置的控制单元确定是否结束该作业。例如，如果还存在后续页面，则该过程返回步骤S801。如果没有后续页面，则控制单元结束图像形成过程。
如上所述，根据该实施例，进行校正以使中心光功率和外围光功率之间的非线性关系变成线性，由此减少泄漏光APC机制中的控制误差。
具体地说，由于通过基于中心光功率对外围光功率进行标准化并对标准化后的外围光功率进行平方可以使中心光功率和外围光功率具有近似线性的关系，因此可以提高所形成的图像的质量。
平方运算只是个示例，可以采用任何其他运算。也就是说，可以采用任何运算方法，只要它可以校正外围光功率而使得外围光功率和中心光功率具有近似线性的关系。
在上述实施例中，校正函数产生过程在可以保证有足够时间的页面之间进行。该过程可以在主扫描周期之间进行。
<误差校正>
如图6所示，驱动电流和中心光功率之间的关系几乎是线性的，但驱动电流和外围光功率之间的关系是非线性的。这表明当驱动电流和外围光功率之间的关系被校正为线性关系时，外围光功率和中心光功率之间的关系就变成几乎线性的。
下面描述一种方法(误差校正)，其中事先获得对应于每个驱动电流的、外围光功率和一个线性函数之间的差异(误差)，并利用该误差校正外围光功率。
校正电路204利用线性函数z(x)和表示与对应于每个电流值的外围光功率的差异的误差函数g(x)来校正外围光功率，其中x是驱动电流。线性函数z(x)是由连接通过将具有第一值的电流流向激光器201而获得的第一外围光功率与通过将具有第二值的电流流向激光器201而获得的第二外围光功率的线来定义的等式。
图9是示出按照实施例的另一校正电路的例子的框图。线性函数确定单元901是确定连接将具有第一值的电流流向激光器201而获得的第一外围光功率与将具有第二值的电流流向激光器201而获得的第二外围光功率的线的等式z(x)的电路。误差函数确定单元902是确定代表对应于每个在使用时流向激光器201的电流值的、外围光功率和线性函数z(x)之差的误差函数g(x)的电路。外围光功率校正单元903是利用所确定的误差函数g(x)来校正外围光功率的电路。
图10是示出驱动电流和外围光功率之间关系的图。当驱动电流x变化时获得的外围光功率是非线性的，如虚线所示。假定线性函数z(x)是将对应于驱动电流Ia和Ib的外围光功率连接起来的线的等式。线性函数z(x)对应于中心光功率。
图11是示出按照实施例的误差函数g(x)的示例的图。误差函数g(x)表达为线性函数z(x)和在驱动电流从Ia变为Ib时所获得的实际外围光功率之间的差异。
图12是用于说明按照实施例的校正过程的图。在APC光功率控制中，校正电路204通过从由光接收元件203获得的外围光功率的值中减去误差函数g(x)来确定经过校正的外围光功率。
图13是按照实施例的校正函数产生过程的流程图。该流程图示出作为子例程的校正函数产生过程(S805)。假定校正电路204在驱动电流区间[Ia，Ib]中获得外围光功率Pa和Pb。
在步骤S1301，线性函数确定单元901通过将获得的外围光功率和驱动电流代入以下等式中而产生线性函数z(x)。
z(x)=P′b-P′aIb-Ia(x-Ia)+P′a---(3)]]>在步骤S1302，校正电路204的误差函数确定单元902打开激光器201，并促使光接收元件203测量外围光功率p(x)，同时在所选择的区间内改变驱动电流x。
在步骤S1303，误差函数确定单元902通过g(x)＝p(x)-z(x)(4)产生误差函数g(x)。
校正函数f(x)通过f(x)＝k(P-g(x))(5)给出，其中k是用于使中心光功率和外围光功率的比例相等的系数。该系数优选通过实验确定(当然，k可以是1)。P是通过将驱动电流x流向激光器201而实际测量的外围光功率。外围光功率校正单元903利用校正函数f(x)(即利用误差函数g(x))合适地校正外围光功率。
如上所述，根据该实施例，可以利用误差函数g(x)校正外围光功率而控制外围光功率和中心光功率以具有近似线性的特性。当APC光功率控制应用于激光器201时，与使用校正之前的外围光功率进行控制相比，可以降低控制误差。因此也相对改善了所形成的图像的质量。
图14是示出按照实施例的另一校正电路的例子的框图。光功率误差存储单元1401是事先存储对应于每个电流值的、外围光功率与对应的中心光功率之间的误差的存储电路。该误差优选在从工厂装运时获得，并事先存储在光功率误差存储单元1401中。外围光功率校正单元1402从光功率误差存储单元1401读取对应于流向激光器201的电流值的误差，并校正由光接收元件203获得的外围光功率。
如上所述，校正电路204可以事先存储外围光功率和中心光功率之间的误差，并在光功率控制时校正外围光功率。
如果激光器201具有多个发光元件，则光功率控制可以通过为每个发光元件配备光接收元件203来实现。可替换地，可以从该多个发光元件中选择至少一个有代表性的发光元件，APC电路205和校正电路204可以利用该代表性元件的控制结果对剩余的发光元件进行光功率控制。为了测量代表性发光元件的外围光功率，上述光接收元件设置在对应于发光元件的每个狭缝中。
虽然参照示例性实施例描述了本发明，应当理解本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应当被赋予最宽泛的解释，从而涵盖所有这样的修改和等同结构及功能。
权利要求
1.一种用于控制从光束输出装置输出的光束的光功率的光功率控制装置，包括改变单元，其多次改变流向光束输出装置的电流的值；获取单元，其对应于每个电流值获得代表从光束输出装置输出的光束的光斑的外围部分的光功率的外围光功率；校正单元，其校正外围光功率，从而使外围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间对应于每个电流值具有近似线性的关系；以及控制单元，其根据经过校正的外围光功率控制从光束输出装置输出的光束的光功率。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述校正单元包括标准化单元，其对在从使用时流向光束输出装置的电流的值的第一值到第二值的区间内获得的外围光功率进行标准化，以及平方运算单元，其平方标准化后的外围光功率。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述校正单元利用代表对应于流向光束输出装置的每个电流值的外围光功率和连接通过将具有第一值的电流流向光束输出装置而获得的第一外围光功率与通过将具有第二值的电流流向光束输出装置而获得的第二外围光功率的线的等式之差的误差函数，来校正外围光功率。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述校正单元包括第一确定单元，其确定连接通过将具有第一值的电流流向光束输出装置而获得的第一外围光功率与通过将具有第二值的电流流向光束输出装置而获得的第二外围光功率的线的等式，第二确定单元，其确定代表对应于在使用时流向光束输出装置的每个电流值的外围光功率和该线的等式之差的误差函数，以及校正单元，其利用该误差函数校正外围光功率。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述校正单元包括存储单元，其事先存储对应于每个电流值的外围光功率和对应的中心光功率之间的误差，以及校正单元，其从所述存储单元中读取对应于流向光束输出装置的电流值的误差，并校正所获得的外围光功率。
6.一种光束扫描装置，包括输出光束的光束输出装置；根据权利要求1所述的光功率控制装置，其控制所述光束输出装置；以及扫描从所述光束输出装置输出的光束的旋转多面体。
7.一种图像形成装置，包括被均匀充电的图像载体；以及根据权利要求6所述的光束扫描装置，其通过用光束照射所述图像载体来形成潜像。
8.一种用于控制从光束输出装置输出的光束的光功率的光功率控制方法，该方法包括以下步骤多次改变流向光束输出装置的电流的值；对应于每个电流值获得代表从光束输出装置输出的光束的光斑的外围部分的光功率的外围光功率；校正外围光功率，从而使外围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间对应于每个电流值具有近似线性的关系；以及根据经过校正的外围光功率控制从光束输出装置输出的光束的光功率。
全文摘要
一种光功率控制装置，包括改变单元，其多次改变流向光束输出装置的电流的值；以及获取单元，其对应于每个电流值获得代表从光束输出装置输出的光束的光斑的外围部分的光功率的外围光功率。该光功率控制装置还包括校正单元，其校正外围光功率，从而使外围光功率和代表光斑的中心部分的光功率的中心光功率之间对应于每个电流值具有近似线性的关系。该光功率控制装置还包括控制单元，其根据经过校正的外围光功率控制从光束输出装置输出的光束的光功率。
文档编号H01S3/13GK101090196SQ200710110389
公开日2007年12月19日 申请日期2007年6月13日 优先权日2006年6月13日
发明者河本智浩, 北村慎吾 申请人:佳能株式会社