专利名称：检测发光元件位置的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测位置的方法和设备，特别是涉及应用于例如图像形成设备中的发光元件的位置检测方法和位置检测设备，该图像形成设备通过校正从阵列打印头的各个发光元件的发出的量来形成图像。
近年来，阵列打印头应用于快速形成高分辨率图像的图像形成设备中，在上述阵列打印头中，微型发光元件按预定间距设置，但是各个发光元件的光发射量经常变化。光发射量的变化被记录成图象的光和影的不规则，上述不规则无疑会影响图象的质量，因此需要进行光功率校正以使各个发光元件的光发射量均匀。为了校正光功率，需要检测各个发光元件的光功率。
因此，预先用脉冲电动机利用光接收元件沿一维排列的多个发光元件的成象表面的方向进行扫描，检测光发射量。于是，发至脉冲电动机的脉冲的个数和发光元件的位置相关联，在脉冲个数的计数值的基础上检测到各个发光元件的位置并且将在该位置上的光接收量作为对应的发光元件的发光量。
但是，不可避免地发生与脉冲数和发光元件位置相关的错误且很难基于脉冲数的计数值没有错误地检测到发光元件的位置。由此，如果安排在一维方向上的多个发光元件的长度较短，能够得到所需的精度，但是，如果长度较长，由错误引起的差值就不能忽略，于是产生了在脉冲个数基础上检测到的发光元件的位置与实际的发光元件的位置间的差异，从而不能检测到发光元件的位置。
另外，为了使脉冲个数计数值和发光元件的位置间的误差尽可能地小，需要精确设立发光元件的基础位置和发光元件从基础位置起的移动量，于是要求高精度的机械加工和装配并且破坏了操作简易性。
因此本发明的主要目的在于提供能够精确检测发光元件位置的检测方法和设备，并提高操作简易性。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，用于检测具有一维排列的多个发光元件的打印头的各个发光元件位置的方法包括第一步，照亮多个一维排列的发光元件中选中的发光元件，第二步，通过利用光接收装置沿发光元件排列的方向方向扫描，测量发光元件发出的光功率，第三步，在光接收装置的测量结果的基础上得到表示光功率的数据序列，第四步，将数据序列与阈值比较并从数据序列开始起检测超过阈值的第一位置，第五步，将与第一位置最接近的最大值的位置作为被照亮的发光元件中的发光元件的开始位置，第六步，将最大值的位置作为在所述发光元件的开始位置后的发光元件位置。
根据本发明的第二方面，在第一步中，一维排列的多个发光元件被交替照亮。
根据本发明的第三方面，在第五步中，当在从第一位置起一个周期的搜索范围内不能检测到最大值时，通过扩大搜索范围检测到最大值。
根据本发明的第四方面，在第六步中，当检测发光元件起始位置后的各个发光元件的位置时，在上一发光元件的位置后半个周期起的一个周期内检测最大值。
根据本发明的第五方面，在第六步中，当检测到的最大值离所述一个周期的搜索范围的中心的距离比预定值远时，将所述一个周期的搜索范围的中心作为发光元件位置。
根据本发明的第六方面，阈值是包含在来自光接收装置中的数据序列中的任意一个最小值。
根据本发明的第七方面，阈值是任意值。
根据本发明的第八方面，打印头包括铅、镧、锆酸盐、钛酸盐复合物(lead lanthanum zirconate titanate)(PLZT)光闸(shutter)阵列。
本发明的特殊的第九方面，用于检测打印头的各个发光元件的位置的设备，上述打印头具有一维排列的多个发光元件，该设备包括用于测量从所述发光元件发出的光功率的光接收装置；利用上述光接收装置在所述发光元件排列的方向上扫描的扫描装置；用于在所述光接收装置的测量结果的基础上得到表明光功率的数据序列的装置；用于将所述的数据序列与阈值比较并检测从所述数据序列开始起超过所述阈值的第一位置的检测装置；用于将最接近于所述第一位置的最大值的位置作为所述被照亮的发光元件中的发光元件开始位置的装置；用于将最大值的位置作为在所述发光元件的开始位置后的发光元件位置的装置。
根据本发明的一个方面，通过沿一维排列的多个光反射元件的成象表面扫描来测量光接收量，并在测量结果的基础上得到数据序列的预定的周期。于是，检测到从数据序列开始起的超过阈值的第一位置、最接近于上述位置的最大值并将最大值的位置作为发光元件的开始位置。此后，将最大值的位置作为发光元件的位置且重复相似的过程以检测发光元件的位置直到最后一个发光元件的位置。
在此，在成象表面中，在从各个发光元件发出的光垂直照射的位置的光接收量比它周围的位置的光接收量大并且表示光功率的数据序列在垂直照射的位置上具有一最大值。上述位置具有对应于发光元件位置的最大值。因此，检测数据序列的最大值可以检测发光元件的位置，于是即使在长度较长的情况下，错误也不易发生且能够精确地检测到发光元件的位置。另外，通过检测最大值来检测位置，因此对机械加工和部件的精度要求不高。
根据本发明的第九方面的位置检测装置也类似。
例如，如果发光元件间的间距非常小，不能得到能够在其中检测到最大值的数据序列，能够依照本发明的第二方面所述的位置检测方法，通过交替照亮发光元件而得到能够在其中检测到最大值的数据序列，然后，在上述数据序列的基础上，检测到发光元件的位置。
根据本发明的第三方面，当在从第一位置起的一个周期的搜索范围内不能检测到最大值时，通过扩大搜索范围来检测到最大值。因此，当在搜索范围内的最大值位于搜索范围的边缘时，通过将最大量作为最大值，消除最大值的误检，由此提高检测发光元件位置的精度。
根据本发明的第四方面，考虑到在数据序列的一个周期内通常存在一个最大值，于是最大值的搜索范围设置在从上一次发光元件的位置后半个周期起的一个周期内。
根据本发明的第五方面，考虑到当检测到的最大值位置到一个周期的检测范围的中心的距离比预定值远时，可能是因为发光元件的故障，于是，在这种情况下，会影响到下面的发光元件位置的检测，当检测到的最大值的位置到一个周期的检测范围的中心的距离比预定值远时，发光元件被认为发生故障，搜索范围的中心被认为是发光元件的位置。于是，不会影响下面的发光元件位置的检测。
另外，根据本发明的第六或第七方面，阈值可以是包含在数据序列中的任意一个最小量或任意值。根据本发明的第八方面，打印头，举例来说，可以使用PLZT光闸阵列。
根据本发明，考虑到在从各个发光元件发出的光垂直照射在打印头的发光元件成象表面的位置时表示光功率的数据序列最大，具有最大值的位置对应于发光元件的位置。因此在长度较长的情况下，错误不易发生，能够精确检测发光元件且能够适当地修正光功率。
另外，通过检测最大值检测发光元件的位置，与先前的用电动机的脉冲数来检测发光元件的位置的方法不同，对机械加工和部件的精度要求不高，提高了操作的简易程度。
现在通过示例结合附图对本发明进行描述，在图中
图1是解释本发明的一个实施例的示意图；图2是本发明的一个实施例的主要部分；图3是本发明的一个实施例的框图；图4是解释本发明的一个实施例操作的流程图；图5是解释在图4中步骤S5和S15的详细操作的一个例子的流程图；图6是分别表示有关光功率的数据序列(a)、当所有的发光元件都接通时的数据序列(b)、当仅仅偶数号的发光元件接通时的数据序列(c)和当仅仅奇数号的发光元件接通时的数据序列(d)的曲线图；图7是解释检测阈值的操作的曲线图；图8是解释检测发光元件的开始位置的操作的曲线图；图9是解释通过扩大搜索范围来检测最大值的操作的曲线图；图10解释检测第二发光元件位置的操作的曲线图；图11是解释当最大值没有在允许的错误范围内时，将预期的发光元件位置作为下一个发光元件位置的操作的曲线图；图12是表示分别在所有的发光元件都接通、只有偶数号的发光元件接通和只有奇数号的发光元件接通时的各个数据序列的包络线的曲线图；图13是表示分别在只有偶数号的发光元件接通和只有奇数号的发光元件接通时的各个数据序列的包络线的曲线现在结合附图解释将本发明应用于图像形成设备10中的实施例。
参见图1和2，本发明的实施例的图像形成设备10包括曝光部分12。曝光部分12包括如卤素灯一类的光源14、光纤束16和铅、镧、锆酸盐、钛酸盐复合物(PLZT)光闸阵列18，该阵列是打印头，并且从光源14射出的光通过光纤束16传播到各个发光元件20。在PLZT光闸阵列18上，多个发光元件一维排列，通过被彼此独立控制的开持续时间，各个发光元件20的每单元时间的发光量被独立控制。
沿PLZT光闸阵列18的成象表面，光接收元件22(例如可以由光放大器组成)由光接收元件传送系统24控制进行扫描，于是可以测量到从各个发光元件20发出的光发射量。光接收元件传送系统24包括滚珠螺杆26、用于支撑滚珠螺杆26的一端的支撑元件28、用于使滚珠螺杆16旋转的电动机30和随滚珠螺杆26直线移动的工作台32。上述滚珠螺杆26由光接收元件传送系统24的电动机30驱动而旋转，上述工作台32通过滚珠螺杆26的旋转而直线移动，固定在工作台32上的光接收元件22沿一维排列的PLZT光闸阵列18的发光元件20的成象表面扫描。从图2中可以看出，设置了垂直于扫描方向X的狭长切口34以使从相邻发光元件20所发出的光不被检测到。另外，在光接收元件传送系统24的支撑元件28的附近，有用于检测光接收元件是否在基础位置的位置检测器36。位置检测器36包括例如光耦合器，检测工作台32的一端38，然后判断发光元件是否在基础位置上。
在图3中，示出了图像形成设备的电路框图。
参照图3，图像形成设备包括根据存储在只读存储器(ROM)42中的程序控制各部分的中央处理单元(CPU)40。由CPU 40将测量得到的图像数据传输到为曝光部分12做曝光准备的图像输出部分44。在完成图像数据传输和曝光准备后，通过光接收元件传送系统24和位置检测器36将光接收元件22移动到基础位置后，CPU 40控制发光元件20发光并使光接收元件22沿PLZT光闸阵列18的成象表面以固定速度扫描。在确认光接收元件22的速度固定后，CPU 40指示模/数(A/D)转换部分46开始接收数据。上述模/数转换部分46对光接收元件22中接收的模拟数据取样，将其转换成表示光功率的数据序列并保存。如果CPU 40根据光接收元件传送系统24的运动，确认光接收元件22的移动已经停止，那么，上述CPU 40将保存在模/数转换部分46中的表示光功率的数据序列传输到随机存取存储器(RAM)48中，如果需要，上述数据序列已经经过CPU 40预先处理过。然后，根据存储在ROM 42中的程序进行发光元件的位置检测并根据在各个发光元件位置的光功率进行光功率校正。
现在描述图像形成设备10的操作。
参见图4，首先当一维排列的发光元件20发光和光接收元件22沿PLZT光闸阵列18成象表面以固定速度扫描时，来自发光元件的光功率在足够短的时间间隔内取样(步骤S1)。光接收元件的扫描速度通过预定的模/数转换部分的取样周期计算出来，并进行设置以得到所需的数据。信号类型是PLZT光闸阵列的光发射模式，包括仅仅偶数号的发光元件20接通时、仅仅奇数号的发光元件20是接通时和所有的发光元件是接通时的模式。在光接收元件22扫描的过程中，PLZT光闸阵列18的光发射模式与取样周期同步地周期性变换，根据如图6(a)所示的按照取样顺序排列的表示光功率的数据序列被保存在模/数转换部分46中。
上述数据序列从A/D转换部分46传输至CPU 40并通过CPU 40根据信号类型分类，然后得到上述如图6(b)至6(d)所示的数据序列(步骤S3)。上述如图6(b)至(d)所示的数据序列存储在RAM 48中。在其中，选择用于检测的数据序列，利用选中的数据序列检测发光元件位置(步骤S5)。
然后，判断当所有的发光元件是接通时，得到的如图6(b)所示的数据序列是否被检测到(步骤S7)，如果利用当所有的发光元件是接通时的数据序列检测发光元件的位置，在各个发光元件位置上的数据的基础上，以已知的方式进行光功率校正(步骤S9)。
如果，在步骤S7中利用当所有的发光元件是接通时的数据序列没有检测到发光元件的位置，那么进行步骤S11。在步骤S11中，当利用如图6(c)所示的偶数号的发光元件是接通时的数据序列检测到发光元件位置时，判断奇数号的发光元件的位置是否是偶数号的发光元件的中点。同时，当利用如图6(d)所示的当奇数号的发光元件是接通时的数据序列检测到发光元件位置时，判断偶数号的发光元件20的位置是否是奇数号的发光元件的中点。如果步骤S11的判断结果为是，当检测到奇数号的发光元件的位置时，计算出偶数号的发光元件的中点并作为奇数号的发光元件的位置，另一方面，当检测到偶数号的发光元件的位置时，计算出奇数号的发光元件的中点并作为偶数号的发光元件的位置(步骤S13)，然后进行步骤S9。
如果步骤S11的判断结果是否，利用其他数据序列检测发光元件的位置(步骤S15)。也即，当在步骤S5中，利用当仅仅偶数号的发光元件20是接通时的数据序列检测发光元件位置，在步骤S15中，利用当仅仅奇数号的发光元件20是接通时的数据序列检测发光元件位置，另一方面，当在步骤S5中，利用当仅仅奇数号的发光元件20是接通时的数据序列，检测发光元件位置，当在步骤S15中，利用当仅仅偶数号的发光元件20是接通时的数据序列检测发光元件的位置。然后执行步骤S9。
随后，参见图5，将描述步骤S5和S15的详细的操作。另外，图7到13中所示的波形表示数据序列的包络线。
首先，决定阈值(步骤21)。例如，如图7所示，在数据必然存在的整个选中数据序列的中心附近的位置上的最小值构成了阈值。在此，最小值将是在从整个数据序列的中心起的一个周期的搜索范围内的最小值，如箭头A所示。如果最小值的位置在上述搜索范围的边缘，可能会存在更小的值，于是通过扩大搜索范围肯定会找到最小值，并且将上述最小值作为阈值。
下面，搜索发光元件的起始位置(步骤23)。如图8所示，从开始起将检测到的阈值和数据序列比较，于是检测到超过阈值的第一位置。在此，箭头B所指为第一位置。在从第一位置起的一个周期的搜索范围内，即在搜索发光元件的起始位置的范围内，检测到第一最小值，则将检测到最大值的位置作为发光元件的起始位置。
在这时，例如如图9所示，如果在发光元件的起始位置的搜索范围内不存在最大值，(如，最大值位于搜索范围的边缘)，则扩大搜索范围，检测到第一最大值。由此，提高了发光元件的起始位置的检测精度。
检测下一个发光元件的位置。在这时，考虑到在数据序列的一个周期内通常存在一个最大值，最大值位于从上一发光元件的位置后的半个周期起的一个周期的搜索范围内。
判断检测到的发光元件位置与预期的发光元件位置(在前一发光元件位置后的一个周期的位置)间的差值，即，错误，是否大于预定常数值(步骤S27)。如果错误小于常数值，将检测到的发光元件位置作为下一发光元件位置(步骤S29)。例如如图10所示，当在包含在发光元件位置的下一搜索范围内的允许错误范围内检测到最大值时，将检测到的最大值的位置作为下一发光元件位置。
另一方面，如果错误大于常数值，将所预期的发光元件位置作为下一发光元件位置(步骤S31)。如果在远离下一发光元件位置的搜索中心的位置(在允许的错误范围外)检测到最大值超过允许的错误范围，可能是因为发光元件20的故障，该故障会影响后续的发光元件的位置的检测。于是，如果在离搜索中心的位置的距离比预定距离远的位置检测到最大值，认为发光元件发生故障并将发光元件的下一搜索范围的中心，即，预期的发光元件位置，作为下一发光元件位置。另外如图11所示，如果下一发光元件位置的搜索范围的边缘是最大值的位置，也执行相似的过程。于是，不会影响到后面的发光元件位置的检测。
然后，在执行完步骤S29和S31的处理后，执行步骤S33。
在步骤S33中，判断是否所有的发光元件都被检测过，如果所有的发光元件位置都被检测过就结束，如果有发光元件的位置没有被检测过，那么回到步骤S25。然后，重复上述过程直到最后一个发光元件位置，检测到一维排列的发光元件20的位置。
例如，利用如图6(c)所示的数据序列和如图6(d)所示的数据序列，可以分别检测所有偶数号的发光元件和所有奇数号的发光元件。
根据用上述方式操作的图像形成设备10，考虑到对应于发光元件位置的最大值的位置，通过检测数据序列的最大值，检测发光元件的位置，于是即使在长度较长的情况下错误也不会发生，能够精确检测发光元件的位置。在各个发光元件的光功率的基础上，能够进行适当的光功率校正。并且，通过检测最大值，进行位置检测，从而不需要高精度的机械加工和装配并提高操作的简易性。
在图像形成设备10中，如果发光元件20间的间距紧凑，在如图12所示所有发光元件20都接通的数据序列中，最大值位置和发光元件的位置可能不一致，有时不能检测到发光元件。在这种情况下，通过执行上述当仅仅偶数号的发光元件20接通时的数据序列和当仅仅奇数号的发光元件20接通时的数据序列的过程检测各个发光元件位置，将检测到的发光元件的位置交替排列来检测所有的发光元件的位置。也可以在当仅仅偶数号的发光元件20接通时的数据序列或当仅仅奇数号的发光元件20接通时的数据序列的基础上，检测发光元件的位置，然后能够通过计算检测到的发光元件位置的中心，检测到所有的发光元件的位置。如果发光元件20间的间距紧凑，利用交替照亮发光元件20时的数据进行最大值的检测和所有发光元件位置的检测。
另外，由于阈值不局限于在整个数据序列的中心附近的最小值，能够使用任意包含在数据序列中的最小值或任意值。
另外，尽管上述的实施例中，将PLZT光闸阵列用作打印头，但是不仅仅局限于此，所有的利用多个一维排列的发光元件的器件都可以使用，如液晶光闸阵列、发光二极管(LED)光闸阵列和DMD光闸阵列。
权利要求
1.检测打印头的各个发光元件位置的方法，上述打印头具有多个一维排列的发光元件，其特征在于所述位置检测方法包括第一步，照亮所述多个一维排列的发光元件中的选中的发光元件，第二步，利用光接收装置在所述发光元件排列方向上扫描来测量所述发光元件发出的光功率；第三步，在所述光接收装置的测量结果的基础上得到表明发光功率的数据序列；第四步，将所述数据序列与阈值进行比较，并检测从所述数据序列的开始起超过所述阈值的第一位置；第五步，将与所述第一位置最接近的最大值的位置作为所述被照亮的发光元件中的发光元件开始位置；第六步，将最大值的位置作为在所述发光元件的开始位置后的发光元件位置。
2.根据权利要求1所述的位置检测方法，其特征在于所述第一步还包括交替照亮按一维排列的所述多个发光元件的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的位置检测方法，其特征在于所述第五步还包括当在从第一位置起一个周期的搜索范围内不能检测到最大值时，扩大搜索范围并检测最大值的步骤。
4.根据前述权利要求中的任意一个权利要求所述的位置检测方法，其特征在于所述第六步还包括在检测到所述发光元件的起始位置后，在上一发光元件位置后半个周期起的一个周期的搜索范围内检测最大值。
5.根据权利要求4所述的位置检测方法，其特征在于上述第六步还包括当检测到的最大值离所述一个周期的搜索范围的中心的距离比预定值远时，将所述一个周期的搜索范围的中心作为发光元件位置的步骤。
6.根据上述任意一个权利要求所述的位置检测的方法，其特征在于所述阈值是包含在所述光接收装置的所述数据序列内最小值当中的一个。
7.根据权利要求1至5中的任意一个权利要求所述的位置检测的方法，其特征在于所述阈值是任意值。
8.检测打印头的各个发光元件的位置的设备，上述打印头具有一维排列的多个发光元件，其特征在于所述位置检测设备包括用于测量所述发光元件发光功率的光接收装置；利用上述光接收装置在所述发光元件排列的方向上扫描的扫描装置；用于在所述光接收装置的测量结果的基础上得到表明光功率的数据序列的装置；用于将所述的数据序列与阈值比较并检测从所述数据序列开始起超过所述阈值的第一位置的检测装置；用于将与所述第一位置最接近的最大值的位置作为所述发光元件中开始发光的元件的位置的装置；用于将最大值的位置作为在所述发光元件的开始位置后的发光元件位置的装置。
9.根据权利要求8所述的位置检测设备，其特征在于还包括用于当在从第一位置起的一个周期的搜索范围内不能检测到最大值时，扩大搜索范围并检测最大值的装置。
10.根据权利要求8或9所述的位置检测设备，其特征在于还包括在检测到所述的发光元件的起始位置后，在上一发光元件的位置后半个周期起的一个周期的搜索范围内检测最大值的装置。
11.根据权利要求10所述的位置检测设备，其特征在于还包括用于当检测到的最大值的位置离所述一个周期的搜索范围的中心的距离比预定值远时，将所述一个周期的搜索范围的中心作为发光元件位置的装置。
12.根据权利要求8至11中的任意一个所述的位置检测设备，其特征在于所述打印头包括PLZT光闸阵列。
全文摘要
本发明公开了用于精确检测光发射元件的位置并且提高了操作简易性的方法和设备。将一维排列的PLZT光闸阵列的发光元件20照亮,光接收元件传送系统24驱动光接收元件22沿PLZT光闸阵列的成象表面的方向扫描,得到数据序列。将该数据序列的最小值作为阈值,从开始起将数据序列与上述阈值比较,检测到超过阈值的第一位置。在从第一位置起的一个周期的搜索范围内检测最大值,将最大值的位置作为发光元件20中的发光元件的起始位置。
文档编号G06K15/12GK1244655SQ9910904
公开日2000年2月16日 申请日期1999年6月15日 优先权日1998年6月16日
发明者岸和芳 申请人:诺日士钢机株式会社