JP2003307697A - 走査光学系測定装置と測定方法及び走査光学系調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】少ない光センサを使用し、走査光学系を有する
画像形成装置の走査ビームの光学特性を極めて短時間で
高精度に測定する。 【解決手段】測定対象である走査光学系５０のレーザ光
源５１の出力を画素単位で変調させ、走査ビームの点灯
・点滅を制御し、この走査ビームを走査光学系５０の走
査ビームの光路上に設けられた複数の走査ビーム偏向手
段１１により偏向して、一走査の複数点で結像される走
査ビームを１つの２次元ＣＣＤカメラ１３に入射するよ
うにして、複数点で結像される走査ビームをそれぞれ異
なる２次元ＣＣＤカメラで検出する場合のように、複数
の２次元ＣＣＤカメラ１３の感度を合わせる必要がな
く、ばらつきのない高精度な測定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電子写真方式を
使用したプリンタやファクシミリや複写機等の画像形成
装置の走査光学ユニットにおける走査ビームの光学特性
を測定して、走査光学ユニット内で使用される光学素子
の品質、例えば面精度や表面欠陥及び内部欠陥等による
光学性能上の影響を評価できる走査光学系測定装置と測
定方法及び走査ビームの光量分布を確認しながら、使用
される光学部品の組付け調整を行う走査光学系調整装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式を使用したプリンタや複写
機等の画像形成装置に用いられる走査光学系は、一般
に、レーザ光源とコリメートレンズと各種レンズとミラ
ー及びポリゴンミラーなどで構成されている。そしてレ
ーザ光源から放射された光束をカップリングレンズによ
って平行光束若しくは発散光束に変換し、カップリング
レンズにより変換された光束をポリゴンミラー等により
偏向し、偏向した走査ビームは結像レンズとミラー系に
よって感光体の表面に結像する。感光体の主走査方向に
走査され結像した点像は、感光体の回転により副走査方
向への走査が行われて静電潜像を形成する。この静電潜
像が形成された感光体の表面にトナーを付着させて顕像
化させトナー像を形成し、このトナー像を記録紙に転写
し、記録紙に転写したトナー像を定着して画像を形成す
る。

【０００３】この画像を形成するとき、感光体の表面を
走査する走査ビームのビームスポット径は、書込まれる
画像の画質を左右する重要な因子であり、良好な画像書
込みを行うためには、走査ビームが適正に感光体の表面
に結像される必要がある。この感光体の表面を走査する
走査光学系は、一走査に複数点で結像されるビームであ
るため、その光学特性を測定するには複数の位置での測
定が必要となる。例えば特開平８−262350号公報に示さ
れた走査光学系調整装置は、ポリゴンミラーにより偏向
・走査される走査ビームを主走査方向に複数配置した光
センサからなるビーム検出部により検出し、走査光学系
に使用されている光学部品の調整を行っている。例えば
走査タイミングを検出するために、３個の光電センサ等
をそれぞれスリット状の窓の光軸方向の後ろに配置して
いる。また、ビーム径を検出するためにビーム発光タイ
ム検出部と２次元センサを走査ビームを走査する主走査
方向にそれぞれ複数、例えば３個ずつ設けている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
８−262350号公報に示された走査光学系調整装置のよう
に多数の光センサを用いた場合、それぞれの感度を合せ
たり、測定精度を確保することが難しくなるという不具
合がある。また、複数の光センサを必要とするため、装
置がおおがかりになりコストが増大するばかりでなく、
各光センサの出力信号を処理するために時間がかかり、
結果として調整時間が長くかかるためリアルタイムに調
整を行えないという不具合もある。

【０００５】さらに、このように多数の光センサを使用
して走査時間を正確に測定するとき、測定する時間は１
ｍｓと極めて短く、ケーブル長さに起因する電気抵抗の
違いによっても測定精度が影響されてしまうとういう不
具合が生じる。

【０００６】また、検出タイミングとして、ビーム発光
タイミング検出部で書込み開始位置で走査ビームを受光
し、検出した信号をもとに検出トリガとしているが、こ
の方法では、検出手段に一般的なＣＣＤカメラを用いた
場合、検出トリガを受けたあと直ちに露光可能な状態に
ならないため、書込み初めの領域で検出できない場所が
生じてまうという不具合が生じる。

【０００７】この発明は係る不具合を解消し、少ない光
センサを使用し、走査光学系を有する画像形成装置の走
査ビームの光学特性を極めて短時間で高精度に測定する
ことができる走査光学系測定装置と測定方法を提供する
ことを目的とするものである。

【０００８】また、測定した結果をもとにリアルタイム
に走査光学系に使用されている光学部品の取付位置の調
整を行ない、所望の光学特性に調整することのできる走
査光学系調整装置を提供することを目的とするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る走査光学
系測定装置は、ＬＤ発光パターン制御手段と複数の光偏
向手段と２次元エリア型の検出手段及び画像処理手段と
を有し、ＬＤ発光パターン制御手段は、測定対象である
走査光学系のレーザ光源の出力を画素単位で変調させ、
走査ビームの点灯・点滅を制御し、複数の光偏向手段は
測定対象である走査光学系の走査ビームの光路上に設け
られ、一走査の複数点で結像される走査ビームを偏向し
て検出手段に入射し、検出手段は複数点で結像される走
査ビームの光強度分布を２次元画像データとして検出
し、画像処理手段は、検出手段で取得した２次元画像デ
ータを画像処理して走査光学系で出射する走査ビームの
光学特性を検出することを特徴とする。

【００１０】また、前記ＬＤ発光パターン制御手段は、
一走査分の発光パターンを画素単位に変調データとして
記憶する発光パターン記憶手段と、前記走査光学系の走
査タイミングを検知する同期検知手段からの出力信号と
位相同期させて発光パターンの発光タイミングを生成す
る発光タイミング同期手段を有する。

【００１１】さらに、前記検出手段の検出タイミング用
の信号として、前記走査光学系の走査タイミングを検知
する同期検知手段からの出力信号をもとに所定時間だけ
遅延させた信号を発生させる検出トリガ発生手段と、該
検出手段に入射する露光時間を可変に設定することがで
きる遮へい手段とを有する。

【００１２】また、前記検出手段の前段に、倍率の異な
る複数の対物レンズを設け、複数の対物レンズを低倍率
から高倍率に切り替えながら、走査ビームの照射位置に
応じて対物レンズと検出手段を副走査方向に移動して、
検出手段で２次元画像データを取得することが望まし
い。

【００１３】また、前記光偏向手段を、走査平面内で任
意の角度に回動自在な回動機構と走査平面内を移動自在
な移動機構を有する位置可変装置に装着すると良い。

【００１４】また、前記画像処理手段は、検出手段で検
出した２次元画像データを画像処理して、主走査方向に
離間した複数点に結像される走査ビームの主走査方向と
副走査方向のビーム径を算出したり、検出手段で検出し
た２次元画像データを画像処理して、前記主走査方向に
離間した複数点に結像される走査ビームの副走査方向の
座標から測定対象である走査光学系の走査線曲りと走査
線傾きを測定したり、検出手段で検出した２次元画像デ
ータを画像処理して、前記主走査方向に離間した複数点
に結像される走査ビームの間隔とあらかじめ設定された
走査ビームの間隔の規定値から測定対象である走査光学
系の倍率誤差を算出する。

【００１５】この発明に係る走査光学系測定方法は、測
定対象である走査光学系のレーザ光源の出力を画素単位
で変調させて点灯・点滅制御して一走査の複数点で結像
される走査ビームを偏向し、複数点で結像される走査ビ
ームの光強度分布を２次元画像データとして検出し、検
出した２次元画像データを画像処理して、主走査方向に
離間した複数点に結像される走査ビームの主走査方向と
副走査方向のビーム径を測定することを特徴とする。ま
た、主走査方向に離間した複数点に結像される走査ビー
ムの副走査方向の座標から測定対象である走査光学系の
走査線曲りと走査線傾きを測定したり、主走査方向に離
間した複数点に結像される走査ビームの間隔とあらかじ
め設定された走査ビームの間隔の規定値から測定対象で
ある走査光学系の倍率誤差を算出する。

【００１６】この発明に係る走査光学系調整装置は、前
記走査光学系測定装置の画像処理手段から出力する測定
対象である走査光学系で出射する走査ビームの光学特性
に基づき、前記走査光学系の複数の光学部品の組付位置
を調整する調整機構部を有することを特徴とする。

【００１７】前記調整機構部は、画像処理手段から出力
する主走査方向に離間した複数点に結像される走査ビー
ムの主走査方向と副走査方向のビーム径から、測定対象
である走査光学系の走査ビームの主走査方向と副走査方
向の焦点位置を調整する光学部品の位置を調整したり、
画像処理手段から出力する測定対象である走査光学系の
走査線曲りと走査線傾きから、前記走査光学系の走査結
像光学系の光学部品に位置を調整する。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の走査光学系測定
・調整装置１の光学系１０と光学特性を測定する走査光
学系５０の配置図である。走査光学系５０は半導体レー
ザ素子からなるレーザ光源５１と、カップリングレンズ
５２と、補正光学系を構成するレンズ５３，５４と、ポ
リゴンミラー５５と、走査結像光学系を構成するレンズ
５６，５７と、走査ビームの走査開始位置を検出する例
えばフォトダイオードからなる同期検知用受光センサ５
８及び同期検知用折返しミラー５９を有する。

【００１９】走査光学系測定・調整装置１の光学系１０
は、走査光学系５０が本来結像する感光体の表面位置Ｒ
の主走査方向の両端位置に結像される走査ビームを、走
査光学系測定・調整装置１の結像位置Ｐに入射させる走
査ビーム偏向手段１１ａ，１１ｄと、主走査方向の中央
の走査ビームを結像位置Ｐに入射する走査ビーム偏向手
段１１ｂ，１１ｃと、異なる倍率を有し、走査ビームの
スポット像を拡大する複数組例えば３組の対物レンズ１
２ａ，１２ｂ，１２ｃと、走査ビームを検出する検出手
段として２次元ＣＣＤカメラ１３と、各対物レンズ１２
ａ，１２ｂ，１２ｃを２次元ＣＣＤカメラ１３の光軸と
直交する方向に移動して倍率を切り替える倍率変更手段
１４と、２次元ＣＣＤカメラ１３と各対物レンズ１２
ａ，１２ｂ，１２ｃを光軸方向で移動する光軸方向移動
手段１５と、２次元ＣＣＤカメラ１３と各対物レンズ１
２ａ，１２ｂ，１２ｃを走査ビームの副走査方向に移動
する副走査方向移動手段１６を有する。主走査方向の両
端位置に結像される走査ビームと主走査方向の中央の走
査ビームは光路長が変わらないように走査ビーム偏向手
段１１ａ，１１ｄ及び走査ビーム偏向手段１１ｂ，１１
ｃで偏向させている。この走査ビーム偏向手段１１ａ〜
１１ｄとしては、反射ミラーやプリズムを使用すること
により、簡単な構成で走査ビームを偏向させることがで
きる。また、走査ビーム偏向手段１１ａ〜１１ｄとして
プリズムを使用することにより、走査ビーム偏向手段１
１ａ〜１１ｄを配置する際に取付面を大きく取れるの
で、偏向面の面倒れを小さくすることができる。

【００２０】この走査光学系測定・調整装置１の駆動制
御部は図２のブロック図に示すように、計測部２０と調
整部３０を有する。計測部２０は、ＣＰＵ２１と、ＬＤ
発光パターン制御部２２と同期信号検出部２３と検出ト
リガ発生手段２４とシャッター２５と画像処理部２６及
び表示部２７を有する。ＬＤ発光パターン制御部２２に
は発光パターン記憶部２８と発光タイミング同期部２９
を有する。調整部３０には制御手段３１と調整機構部３
２及び固定手段３３を有する。調整機構部３２には、図
３のブロック図に示すように、走査光学系５０の補正光
学系のレンズ５３，５４の位置を調整する補正レンズ調
整機構３４，３５と、走査結像光学系５６，５７の位置
を調整する走査線曲り修正機構３６と走査線傾き修正機
構３７を有する。

【００２１】計測部２０のＬＤ発光パターン制御部２２
は、ＣＰＵ２１からの指令により変調信号を出力して走
査光学系５０のレーザ光源５１を駆動し、走査ビームを
実使用時と略等しい周波数で走査する。このＬＤ発光パ
ターン制御部２２で走査ビームをパルス変調させるため
出力をオン／オフ制御する発光パターンの一走査分以上
のデータを、ＣＰＵ２１はあらかじめ発光パターン記憶
手段２８に任意に設定して記憶させておく。このＬＤ発
光パターン制御部２２から生成する走査ビームの発光タ
イミングは、走査光学系５０の同期検知用受光センサ５
８により同期信号検出部２３で得られた同期信号を使い
ＬＤ発光パターン制御部２２の発光タイミング同期手段
２９により位相同期される。ここで同期信号検出部２３
はポリゴンミラー５５の面数に応じてカウントすること
により面選択を可能とし、特定の面でのみＬＤ発光パタ
ーン制御部２２からの走査ビームの発光タイミングとし
て利用することもできる。また、検出トリガ発生手段２
４は、同期信号検出部２３で検出した同期信号をもとに
位相調整した信号を発生させて、２次元ＣＣＤカメラ１
３の検出トリガとする。シャッター２５は電子シャッタ
ーを用いて２次元ＣＣＤカメラ１３の露光時間を可変す
るものであり、走査ビームを一走査分だけ取得したい場
合は、露光時間を一走査時間に設定する。

【００２２】この走査光学系測定・調整装置１の光学系
１０を使用して走査光学系５０の走査ビームの光学特性
を測定するときは、走査光学系測定・調整装置１の光学
系１０に走査光学系５０をセットする。この走査光学系
５０をセットするとき、光学系１０と干渉しないように
走査光学系５０をスライドさせてセットできるようにす
ると良い。走査光学系５０をセットした後、走査光学系
５０と計測部２０との間で入出力信号が授受できるよう
に接続する。そしてＬＤ発光パターン制御部２２で走査
光学系５０でレーザ光源５１を駆動し、ポリゴンミラー
５５を回転すると、レーザ光源５１から出射された走査
ビームはポリゴンミラー５５により等角速度的に偏向さ
れた走査結像光学系のレンズ５６，５７の作用により、
本来ならば、感光面上Ｒにビームスポットを形成する。
光学系１０は、この感光体面上Ｒを走査する走査ビーム
を、主走査方向の両端部に設けた走査ビーム偏向手段１
１ａ，１１ｄと、主走査方向の中央部に設けた走査ビー
ム偏向手段１１ｂ，１１ｃを用いて中央に設けた２次元
ＣＣＤカメラ１３に入射させる。この２次元ＣＣＤカメ
ラ１３で走査ビームを入射するとき、計測部２０のＬＤ
発光パターン制御部２２は、主走査方向の中央と両端位
置に結像される発光パターンでレーザ光源５１を極めて
微小な時間だけ点灯させて２次元ＣＣＤカメラ１３の受
光面に露光させる。この２次元ＣＣＤカメラ１３で走査
ビームを検出するとき、光軸方向移動手段１５で２次元
ＣＣＤカメラ１３と対物レンズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ
を一緒に光軸方向へ移動させ、副走査方向移動手段１６
で２次元ＣＣＤカメラ１３と対物レンズ１２ａ，１２
ｂ，１２ｃを副走査方向に移動することにより、走査ビ
ームを２次元ＣＣＤカメラ１３の撮像範囲内に合焦位置
で捉えることができる。

【００２３】また、このようにして光学系１０で走査光
学系５０の走査ビームを検出するとき、図１に示すよう
に、まず、倍率変更手段１４で対物レンズ１２のなかで
最も低倍率の対物レンズ１２ａを２次元ＣＣＤカメラ１
３の光軸と一致させ、２次元ＣＣＤカメラ１３で走査ビ
ームを検出し、２次元ＣＣＤカメラ１３で検出した走査
ビームの照射位置に応じて２次元ＣＣＤカメラ１３と対
物レンズ１２を副走査方向移動手段１６で副走査方向に
移動させ、走査ビームの照射位置が２元ＣＣＤカメラ１
３の撮像範囲の略中央位置になるようにしてから、次の
倍率の対物レンズ１２ｂに変更し、さらに同様な処理を
して最も高倍率の対物レンズ１２ｃに変更する。このよ
うに倍率変更手段１４と副走査方向移動手段１６を走査
ビームの照射位置を基に連動させて制御することによ
り、２次元ＣＣＤカメラ１３の副走査方向の位置を収束
させ、走査ビームを高倍率で検出することができる。

【００２４】この２次元ＣＣＤカメラ１３に取込まれた
走査ビームの光強度分布を２次元画像データとして画像
処理部２６に転送処理し、主走査方向と副走査方向のビ
ームスポット径を検出する。そしてＣＰＵ２１は２次元
ＣＣＤカメラ１３に取込まれた走査ビームの光強度分布
と、主走査方向と副走査方向の断面プロファイルと、主
走査方向と副走査方向のビームスポット径及び走査線曲
り量や傾き量の測定結果などを表示部２７に表示する。
また、ＣＰＵ２１は２次元ＣＣＤカメラ１３で画像転送
後、２次元ＣＣＤカメラ１３に対しクリア信号を送り、
蓄積した電荷をクリアさせて検出可能状態に戻してお
く。

【００２５】この走査光学系５０のレーザ光源５１をＬ
Ｄ発光パターン制御部２２で駆動するときの発光タイミ
ングを図４のタイミングチャートを参照して説明する。
ＬＤ基本信号（ａ）は、走査ビームの走査開始位置とな
る同期信号を得るために、同期検知用受光センサ５８に
確実に受光させるため、ある程度時間幅をもたせてレー
ザ光源５１を発光させている。この同期検知用受光セン
サ５８の出力により同期信号検出部２３で同期信号
（ｂ）を検出する。ＬＤ発光パターン制御部２２の発光
タイミング同期部２９はＰＬＬ（Phase Locked Loop）
回路を有し、同期信号検出部２３から出力される同期信
号（ｂ）により位相同期させ、同期信号（ｂ）の立下が
りタイミングで、走査光学系５０のクロック位相のずれ
を調整された画素クロック信号（ｃ）を生成する。画素
カウンタ値（ｄ）は画素クロック信号（ｃ）で駆動され
るカウンタ値であり、この画素カウンタ値（ｄ）は同期
信号で０にリセットされ、この画素カウンタ値（ｄ）を
用いて、実際のレーザ光源５１の書込みタイミングを制
御する。すなわち、主走査方向の狙いの書込み位置に正
確にビームを射出する。ＬＤ駆動信号（ｅ）はＣＰＵ２
１でのプログラムに基づき実際にレーザ光源５１を駆動
させる信号であり、画素カウンタ値（ｄ）と比較してパ
ターンを出力させることができ、例えば図４に示すよう
に、４進の画素カウンタ値でＬＤ駆動信号（ｅ）の時間
間隔Ｔｂを設定している。この時間間隔Ｔｂは任意に設
定可能であり、ドットの発光させる時間間隔として設定
することができる。ここで画素クロック信号（ｃ）は同
期信号（ｂ）とタイミングを正確に合せているため、Ｌ
Ｄ駆動信号（ｅ）により発光するドットの打たれる位置
の再現性は格段に向上させることができる。また、画素
クロック信号（ｃ）のＴａは１画素の周期である。例え
ば、感光体面位置Ｒにて、有効走査幅が330ｍｍを600ｄ
ｐｉ相当の書込み密度で、１走査の周期が400μｓｅ
ｃ、有効走査期間率が70％の場合、 Ｔａ＝400×0.7×10^−６／（330×600／25.4） ＝3.6×10^−８ｓｅｃ＝36ｎｓｅｃ であり、画素クロック信号（ｃ）は1／36（ｎｓｅｃ）
＝27.8ＭＨｚの周期である。

【００２６】次に走査光学系５０で走査中のビーム像を
２次元ＣＣＤカメラ１３で取得するタイミングを図５の
タイミングチャートを参照して説明する。図５におい
て、面選択後の同期信号（ｆ）は同期信号（ｂ）をポリ
ゴンミラー５５の面数に応じてカウントすることにより
生成する。ＬＤ駆動信号（ｆ）は感光体面上Ｒの両端と
中央にドットが打たれるように一走査期間に３回の短い
点灯を行っている。外部トリガ信号（ｇ）は、２次元Ｃ
ＣＤカメラ１３のトリガ信号であり、検出トリガ発生手
段２４で同期信号（ｂ）をもとに位相調整した信号とし
て生成される。例えば１つ前の同期信号（ｂ）に対して
時間Ｔｄ例えば約310μｓｅｃだけ位相を遅らして外部
トリガ信号（ｇ）を生成している。一般的にＣＣＤカメ
ラは、外部トリガ信号（ｇ）を受けると、水平同期信号
（ｈ）の立下りのタイミングでリセット信号（ｉ）を発
生し、リセット信号の立下りのタイミングでＣＣＤカメ
ラのフォトダイオード部をディスチャージ（ｊ）を行
い、そのあとシャッター２５を開放し、撮像可能な状態
とする。シャッター２５はシャッタ開放時間（ｋ）の設
定時間経過後に閉じる。例えばシャッター２５の開いて
いる時間を１走査周期Ｔｃ例えば400μｓｅｃと同じに
設定している。この２次元ＣＣＤカメラ１３で撮像可能
にしたい時間は、有効走査幅330ｍｍを走査する期間で
あり、図のＴｅ例えば280μｓｅｃの期間である。２次
元ＣＣＤカメラ１３への外部トリガ信号（ｇ）と水平同
期信号（ｈ）のタイミングは一定ではないので、外部ト
リガ信号（ｇ）とディスチャージ（ｉ）の時間差Ｔｆ例
えば０〜80μｓｅｃとフォトダイオード部をディスチャ
ージ期間Ｔｇ例えば30μｓｅｃの和は、最大110μｓｅ
ｃ生じる。測定時は走査光学系５０の同期信号検知後、
約10μｓｅｃで２次元ＣＣＤカメラ１３を撮像可能な状
態にする必要があるため、最大110μｓｅｃのタイムラ
グは許容できない。そこで、検出トリガ発生手段２４で
外部トリガ信号（ｇ）を同期信号（ｂ）から位相をＴｄ
だけ遅らせて発生させている。このようにして２次元Ｃ
ＣＤカメラ１３の外部トリガ信号（ｇ）と水平同期信号
（ｈ）のタイミングによらず、シャッター２５の開いて
いる期間に走査ビームの照射される期間Ｔｅを確実に含
めることができる。

【００２７】このように主走査方向の中央と両端位置に
結像される発光パターンで極めて微小な時間だけレーザ
光源５１を点灯させ、２次元ＣＣＤカメラ１３の受光面
に露光させたとき、２次元ＣＣＤカメラ１３で２次元画
像データとして取得した複数の走査ビームの光強度分布
を図６に示す。図６において、ＨＡ，ＨＢは主走査方向
の両端位置に結像される発光パターンの光強度分布を示
し、ＨＯは主走査方向の中央に結像される発光パターン
の光強度分布を示す。また、（ａ）,（ｃ）は走査光学系
５０を調整しない場合、（ｂ）は走査光学系５０を調整
した場合の光強度分布を示す。このようにいずれの場合
も主走査方向に複数の位置で結像されるビームの1ドッ
ト分に相当する光強度分布を複数個同時に測定すること
ができる。そして（ａ）のＨＡにおける光強度分布と
（ｃ）のＨＢにおける光強度分布は像高から副走査方向
にビームが絞られていないことがわかる。また（ｂ）で
は全ての像高でビームが均一に絞られていることがわか
る。この２次元ＣＣＤカメラ１３に取込まれた走査ビー
ムの光強度分布を２次元画像データとして画像処理部２
６に転送処理することにより、主走査方向と副走査方向
のビームスポット径を検出することができる。

【００２８】次に、この発光パターンの光強度分布を結
像する２次元ＣＣＤカメラ１３を光軸方向移動手段１５
を使って走査光学系５０の結像位置に移動させて倍率誤
差を測定するときの動作を説明する。ＬＤ発光パターン
制御部２２によりレーザ光源５１を正確な時間間隔で点
滅制御て、あらかじめ定めた基準間隔でドットを打た
せ、２次元ＣＣＤカメラ１３で取得した主走査方向の中
央と両端位置に結像される発光パターンの光強度分布を
図７に示す。例えば、感光対面Ｒ上の主走査方向に３つ
の位置ＨＡ，ＨＯ，ＨＢに印字されるドットの２点間距
離の設計値が150ｍｍであった場合、光学系１０の倍率
を５倍にしたとき、２次元ＣＣＤカメラ１３で撮像した
ドット２点間の倍率換算後のビーム間距離が200μｍだ
け離れて入射されるようにセッティングを行っておく。
この状態で走査光学系５０から走査ビームを照射して２
次元ＣＣＤカメラ１３で撮像したドット２点間の距離
が、（ａ）に示すように、150μｍとなり、ドット２点間
の距離が規定値200μｍより50μｍ近づいた場合、この
走査光学系５０の実際のドット２点間の距離は逆に50μ
ｍ広がっており、実際のドット２点間の距離は150.05ｍ
ｍであったことがわかる。すなわち走査ビームの両端の
ビームは走査ビーム偏向手段１１ａ，１１ｄで一度折返
されているため、２次元ＣＣＤカメラ１３で撮像したド
ット２点間の間隔が近づいた場合、実際のドット２点間
の距離実際は広がることになる。このことから倍率誤差
は下記計算式により＋0.033％であることが判る。 ｛（150.05−150）／150｝×100＝0.033 逆に、(b)に示すように、２次元ＣＣＤカメラ１３で撮
像したドット２点間の距離が250μｍに広がった場合、
この走査光学系５０の実際のドット２点間の距離は149.
95ｍｍであり、倍率誤差は−0.033％となる。この走査
光学系５０の倍率誤差を測定し、走査光学系５０のポリ
ゴンモータ５５の回転数の補正データ又はレーザ光源５
１の発光画周波数の補正データを走査光学系５０と関連
付けて算出して表示部２７に表示するとともにメモリに
保存しておくと良い。

【００２９】また、走査光学系５０の走査線曲りや走査
線傾きがあると、主走査方向の中央と両端位置に結像さ
れる発光パターンの２次元ＣＣＤカメラ１３で撮像した
光強度分布は、図８（ａ）に示すように、副走査方向の
位置が異なる。この副走査方向の位置を測定し、主走査
方向の両端位置に結像される発光パターンを、（ｂ），
（ｃ）に示すように、中央に結像される発光パターンの
副走査方向の位置と一致させることにより、走査光学系
５０の走査線曲りや走査線傾きを修正することができ
る。

【００３０】次に前記のように、走査光学系測定・調整
装置１の計測部２０で計測した走査光学系５０の走査ビ
ームの特性により調整部３０の調整機構部３２で走査光
学系５０を調整して固定手段３３で固定するときの動作
を説明する。ここで固定手段３３の固定方法は接着によ
る方法や、板バネなどによる押圧式又は調整ネジなどに
押しつけられて固定する方法のいずれでも良い。

【００３１】走査光学系５０の走査結像光学系を構成す
るレンズ５７は、図９の断面図に示すように、レンズ部
５７ａと、レンズ部５７ａの周囲を取り囲むようにして
矩形枠状に形成されてレンズ部５７ａを補強するリブ５
７ｂと、レンズ部５７ａとリブ５７ｂからなる部分を副
走査方向に傾度調整可能に弾力的に支持する板ばね状の
支持部５７ｃとをプラスチック材料により一体成形して
形成しておく。このレンズ５７は保持部６０により保持
される。保持部６０の支持部５７ｃを保持する底面６０
ａは、支持部５７ｃの傾きを考慮して副走査方向に斜め
に傾斜している。保持部６０の天井部の長手方向中央部
にはレンズ角度調節ねじ６１が設けられている。このレ
ンズ角度調節ねじ６０を調整機構部３２の走査線傾き修
正機構３７で回動させて、レンズ角度調節ねじ６０を上
下方向に移動させることにより、レンズ５７のレンズ部
５７ａとリブ５７ｂからなる部分を副走査方向に回動さ
せてレンズ部５７ａの副走査方向の傾きを調整する。ま
た、調整機構部３２の走査線曲り修正機構３６でレンズ
５７を光軸回り回転することにより走査線の光軸周りを
調整するに調整する。すなわち、主走査方向に複数の位
置で結像されるビームの1ドット分に相当する光強度分
布を２次元ＣＣＤカメラ１３で複数個同時に撮像し、撮
像した光強度分布の副走査方向の走査位置ずれを測定
し、測定した結果に応じて走査線傾き修正機構３７でレ
ンズ角度調節ねじ６０を回転してレンズ５７の位置を調
整して走査線傾きを修正する。その後、走査線曲り修正
機構３６によりレンズ５７の位置を調整して走査線曲が
りを修正し、固定手段３３で固定する。

【００３２】例えば、感光対面Ｒ上の主走査方向の中央
と両端位置に結像される発光パターンのドットの２点間
距離の設計値が150ｍｍで、光学系１０の倍率を５倍と
して２次元ＣＣＤカメラ１３で撮像した光強度分布が、
図８（ａ）に示すように、副走査方向で異なる位置で測
定された場合、主走査方向の両端位置ＨＡとＨＢの光強
度分布と主走査方向の中央ＨＯの光強度分布の副走査方
向の走査位置ずれを測定し、この測定した結果により走
査線傾き修正機構３７で、図８（ｂ）に示すように、走
査線傾きを修正する。この走査線傾きを修正した後、修
正した主走査方向の両端位置ＨＡとＨＢの光強度分布と
主走査方向の中央ＨＯの光強度分布の副走査方向の走査
位置ずれを測定し、走査線曲り修正機構３６によりレン
ズ５７の位置を調整して走査線曲がりを修正して、
（ｃ）に示すように、走査線傾きと走査線曲りを調整す
る。この走査線傾き修正機構３７と走査線曲り修正機構
３６の修正量は、２次元ＣＣＤカメラ１３で撮像した３
点の光強度分布の副走査方向の走査位置ずれ量が小さく
なるように制御手段３１で調整して、副走査方向の走査
位置ずれ量が最も小さくなるように収束させる。

【００３３】また、前記のように制御手段３１で自動的
に調整する代わりに、２次元ＣＣＤカメラ１３が取得し
た走査ビームの光強度分布の２次元画像データをもと
に、複数の走査ビームの主走査方向と副走査方向の照射
位置と走査線曲がり量及び走査線傾き量を表示部２７に
表示し、作業者が表示部２７を確認しながら副走査方向
の走査位置ずれを修正するようにしても良い。

【００３４】次に、走査光学系５０から感光体面Ｒを走
査したとき、感光体面Ｒの結像位置に収差が生じないよ
うにするため、補正光学系のレンズ５３，５４の位置を
調整する場合について説明する。

【００３５】図１０は走査光学系５０のカップリングレ
ンズ５２と補正光学系のレンズ５３，５４の配置を示
し、（ａ）に示す主断面は、カップリングレンズ５２の
光軸を含み、主走査方向に平行な平面による断面を示
し、（ｂ）の副断面はカップリングレンズ２の光軸を含
み、副走査方向に平行な平面による断面を示す。レーザ
光源５１からの発散性の光束はカップリングレンズ５２
により集束されてレンズ５３，５４を有する補正光学系
に入射する。補正光学系のレンズ５３は主走査方向にの
み負のパワーを持つ凹シリンドリカルレンズであり、カ
ップリングレンズ５２からの光束を主断面において略平
行光束にする。また、レンズ５４は副走査方向にのみ正
のパワーを持つ凸シリンドリカルレンズであり、カップ
リングレンズ５２側からの光束をポリゴンミラー５５の
偏向面近傍に主走査方向に長い略線状に結像させること
ができる。これにより面倒れ補正用光学系を構成でき
る。例えば、走査ビームの主走査方向の焦点位置が、被
走査面よりもレーザ光源５１側に焦点位置ずれを生じた
場合には、レンズ５３を光軸方向に沿ってレーザ光源５
１とは反対側へ変位させることにより、主走査方向の焦
点位置を被走査面側へ移動することができる。また、走
査ビームの副走査方向の焦点位置が、焦点位置ずれを生
じた場合には、レンズ５４を光軸方向に沿ってレーザ光
源５１と反対側又はレーザ光源５１側へ変位させること
により、副走査方向の焦点位置を被走査面側又はレーザ
光源５１側へ移動することができる。

【００３６】そこで走査光学系５０の主走査方向の中央
と両端位置に結像される発光パターンで極めて微小な時
間だけレーザ光源５１を点灯させ、２次元ＣＣＤカメラ
１３の受光面に露光させたとき、２次元ＣＣＤカメラ１
３で２次元画像データとして取得した複数の走査ビーム
の光強度分布の主走査方向のビーム径と副走査方向のビ
ーム径から焦点位置ずれ量を検出し、図１１に示すよう
に、検出した主走査方向の焦点位置ずれ量に応じて補正
レンズ調整機構３４でレンズ５３の位置を調整し、検出
した副走査方向の焦点位置ずれ量に応じて補正レンズ調
整機構３５でレンズ５４の位置を調整することにより、
主走査方向の焦点位置ずれと副走査方向の焦点位置ずれ
を補正することができ、走査光学系５０から感光体面Ｒ
を走査したとき、感光体面Ｒの結像位置に収差が生じる
ことを防ぐことができる。このレンズ５３，５４の位置
調整は、２次元ＣＣＤカメラ１３で撮像した３点の光強
度分布の焦点位置ずれ量が小さくなるように制御手段３
１で調整して、焦点位置ずれ量が最も小さくなるように
収束させて自動的に行うことができる。また、２次元Ｃ
ＣＤカメラ１３が取得した走査ビームの光強度分布の２
次元画像データの主走査方向と副走査方向のビーム径を
表示部２７に表示し、作業者が表示部２７を確認しなが
ら焦点位置ずれを修正するようにしても良い。

【００３７】前記図１に示した走査光学系測定・調整装
置１の光学系１０は、走査光学系５０の主走査方向の中
央位置に結像される走査ビームを偏向する走査ビーム偏
向手段１１ａ〜１１ｄを走査平面内に配置した場合につ
いて説明したが、図１２の配置図に示すように、走査ビ
ーム偏向手段１１ａ，１１ｃ，１１ｄを走査平面内に配
置し、走査ビーム偏向手段１１ｂを走査平面に対して鉛
直な平面に配置しても良い。このように走査ビーム偏向
手段１１ｂを走査平面に対して鉛直な平面に配置するこ
とにより、走査ビーム偏向手段１１ｂにより光路が遮ら
れることなく、一走査における複数点のビームを容易に
偏向させることができる。

【００３８】また、前記光学系１０では走査光学系５０
の主走査方向の両端位置に結像される走査ビームを偏向
する走査ビーム偏向手段１１ａ，１１ｄを固定した場合
について説明したが、図１３に示すように、走査ビーム
偏向手段１１ａ，１１ｄを移動機構６２と回動機構６３
を有する位置可変装置に装着し、図１３に示すように、
走査ビーム偏向手段１１ａ，１１ｄを走査平面で任意に
移動しながら回動することにより、感光体面Ｒ上に結像
する走査ビームの任意の位置における結像状態を測定す
ることができる。

【００３９】

【発明の効果】この発明は以上説明したように、測定対
象である走査光学系のレーザ光源の出力を画素単位で変
調させ、走査ビームの点灯・点滅を制御し、この走査ビ
ームを測定対象である走査光学系の走査ビームの光路上
に設けられた複数の光偏向手段により偏向して、一走査
の複数点で結像される走査ビームを検出手段に入射する
ようにしたから、１つの検出手段で一走査の複数点で結
像される走査ビームを検出することができ、複数点で結
像される走査ビームをそれぞれ異なる検出手段で検出す
る場合のように、検出手段の感度を合わせる必要がな
く、ばらつきのない高精度な測定ができるとともに、コ
ストを削減することができる。

【００４０】また、１つの検出手段で一走査の複数点で
結像される走査ビームを検出することにより、検出手段
の出力信号も少ないため処理時間を早くすることがで
き、測定時間を短縮することができる。

【００４１】さらに、１つの検出手段で一走査の複数点
で結像される走査ビームを検出することにより、光学系
の構造を簡略化することができ、装置全体のコストを削
減することができる。

【００４２】また、１つの検出手段で複数点で結像され
る走査ビームの光強度分布を２次元画像データとして検
出し、検出した２次元画像データを画像処理して走査光
学系で出射する走査ビームの光学特性を検出することに
より、複数点に結像された光強度分布の相関を正確に得
ることができ、走査ビームの光学特性を精度良く測定す
ることができる。

【００４３】また、レーザ光源の点灯を制御するＬＤ発
光パターン制御手段に、一走査分の発光パターンを画素
単位に変調データとして記憶する発光パターン記憶手段
と、前記走査光学系の走査タイミングを検知する同期検
知手段からの出力信号と位相同期させて発光パターンの
発光タイミングを生成する発光タイミング同期手段を設
けることにより、走査ビームの結像位置の再現性を格段
に向上させることができ、走査ビームの光学特性の測定
を精度良く行うことができる。

【００４４】さらに、検出手段の検出タイミング用の信
号として、走査光学系の走査タイミングを検知する同期
検知手段からの出力信号をもとに所定時間だけ遅延させ
た信号を発生させる検出トリガ発生手段と、検出手段に
入射する露光時間を可変に設定することができる遮へい
手段とを有することにより、走査ビームが一走査する期
間を確実に露光状態にすることができ、一走査の複数点
で結像される走査ビームを一度に安定して検出すること
ができる。

【００４５】また、検出手段の前段に、倍率の異なる複
数の対物レンズを設け、複数の対物レンズを低倍率から
高倍率に切り替えながら、走査ビームの照射位置に応じ
て対物レンズと検出手段を副走査方向に移動して、検出
手段で２次元画像データを取得することにより、検出手
段で走査ビームを高倍率で測定することができるととも
に検出手段の撮像範囲内の略中央位置で走査ビームを捉
えることができ、走査ビームを精度良く測定することが
できる。

【００４６】さらに、走査光学系の走査ビームの光路上
に設けられた複数の光偏向手段を、走査平面内で任意の
角度に回動自在な回動機構と走査平面内を移動自在な移
動機構を有する位置可変装置に装着することにより、光
偏向手段の数を増やすことなく、一走査の中で主走査方
向の任意の位置で結像される走査ビームの光学特性を測
定することができる。

【００４７】また、画像処理手段は、検出手段で検出し
た２次元画像データを画像処理して主走査方向に離間し
た複数点に結像される走査ビームの主走査方向と副走査
方向のビーム径を算出することにより、複数点に結像さ
れる走査ビームのビーム径を一走査で精度良く測定する
ことができる。

【００４８】また、画像処理手段は、検出手段で検出し
た２次元画像データを画像処理して主走査方向に離間し
た複数点に結像される走査ビームの副走査方向の座標か
ら測定対象である走査光学系の走査線曲りと走査線傾き
を測定することにより、走査光学系の光学部品の取付状
態を精度良く検出することができる。

【００４９】さらに、画像処理手段は、検出手段で検出
した２次元画像データを画像処理して、前記主走査方向
に離間した複数点に結像される走査ビームの間隔とあら
かじめ設定された走査ビームの間隔の規定値から測定対
象である走査光学系の倍率誤差を算出することにより、
倍率測定用のセンサを必要とせずに、装置のコストを低
減することができるとともに、算出した倍率誤差により
走査光学系の多面鏡の駆動モータの回転数やレーザ光源
の発光周波数を調整して、所定の倍率の走査光学系を得
ることができる。

【００５０】また、画像処理手段から出力する測定対象
である走査光学系で出射する走査ビームの光学特性に基
づき、前記走査光学系の複数の光学部品の組付位置を調
整することにより、走査光学系を精度良く調整でき、安
定した走査ビームを出射させることができる。

【００５１】この走査光学系を調整するとき、画像処理
手段から出力する主走査方向に離間した複数点に結像さ
れる走査ビームの主走査方向と副走査方向のビーム径か
ら、測定対象である走査光学系の走査ビームの主走査方
向と副走査方向の焦点位置を調整する光学部品の位置を
調整したり、画像処理手段から出力する測定対象である
走査光学系の走査線曲りと走査線傾きから、走査光学系
の走査結像光学系の光学部品に位置を調整することによ
り、走査ビームを所定の結像位置に精度良く結像させる
ことができ、良質な画像を安定して形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の走査光学系測定・調整装置の光学系
と光学特性を測定する走査光学系の配置図である。

【図２】走査光学系測定・調整装置の駆動制御部の構成
を示すブロック図である。

【図３】調整機構部の構成を示すブロック図である。

【図４】レーザ光源の発光タイミングを示すタイムチャ
ートである。

【図５】２次元ＣＣＤカメラでビーム像を取得するタイ
ミングを示すタイムチャートである。

【図６】２次元ＣＣＤカメラで取得した２次元画像デー
タの光強度分布図である。

【図７】２次元ＣＣＤカメラで取得した２次元画像デー
タの第２の光強度分布図である。

【図８】２次元ＣＣＤカメラで取得した２次元画像デー
タの第３の光強度分布図である。

【図９】走査光学系の走査結像光学系を構成するレンズ
の構成を示す断面図である。

【図１０】走査光学系のカップリングレンズと補正光学
系のレンズ群の配置図である。

【図１１】補正光学系のレンズ群の焦点位置ずれの調整
を示す模式図である。

【図１２】走査ビーム偏向手段の配置図である。

【図１３】位置可変装置に装着した走査ビーム偏向手段
の配置図である。

【符号の説明】

１；走査光学系測定・調整装置、１０；光学系、１１；
走査ビーム偏向手段、１２；対物レンズ、１３；２次元
ＣＣＤカメラ、１４；倍率変更手段、１５；光軸方向移
動手段、１６；副走査方向移動手段、２０；計測部、２
１；ＣＰＵ、２２；ＬＤ発光パターン制御部、２３；同
期信号検出部、２４；検出トリガ発生手段、２５；シャ
ッター、２６；画像処理部、２７；表示部、２８；発光
パターン記憶部、２９；発光タイミング同期部、３０；
調整部、３１；制御手段３２；調整機構部、３３；固定
手段、５０；走査光学系、５１；レーザ光源、５２；カ
ップリングレンズ、５３，５４；レンズ、５５；ポリゴ
ンミラー、５６，５７；レンズ、５８；同期検知用受光
センサ、５９；同期検知用折返しミラー。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＬＤ発光パターン制御手段と複数の光偏
   向手段と２次元エリア型の検出手段及び画像処理手段と
   を有し、 ＬＤ発光パターン制御手段は、測定対象である走査光学
   系のレーザ光源の出力を画素単位で変調させ、走査ビー
   ムの点灯・点滅を制御し、 複数の光偏向手段は測定対象である走査光学系の走査ビ
   ームの光路上に設けられ、一走査の複数点で結像される
   走査ビームを偏向して検出手段に入射し、 検出手段は複数点で結像される走査ビームの光強度分布
   を２次元画像データとして検出し、 画像処理手段は、検出手段で取得した２次元画像データ
   を画像処理して走査光学系で出射する走査ビームの光学
   特性を検出することを特徴とする走査光学系測定装置。
2. 【請求項２】 前記ＬＤ発光パターン制御手段は、一走
   査分の発光パターンを画素単位に変調データとして記憶
   する発光パターン記憶手段と、前記走査光学系の走査タ
   イミングを検知する同期検知手段からの出力信号と位相
   同期させて発光パターンの発光タイミングを生成する発
   光タイミング同期手段を有する請求項１記載の走査光学
   系測定装置。
3. 【請求項３】 前記検出手段の検出タイミング用の信号
   として、前記走査光学系の走査タイミングを検知する同
   期検知手段からの出力信号をもとに所定時間だけ遅延さ
   せた信号を発生させる検出トリガ発生手段と、該検出手
   段に入射する露光時間を可変に設定することができる遮
   へい手段とを有する請求項１又は２記載の走査光学系測
   定装置。
4. 【請求項４】 前記検出手段の前段に、倍率の異なる複
   数の対物レンズを設け、複数の対物レンズを低倍率から
   高倍率に切り替えながら、走査ビームの照射位置に応じ
   て対物レンズと検出手段を副走査方向に移動して、検出
   手段で２次元画像データを取得する請求項１，２又は３
   記載の走査光学系測定装置。
5. 【請求項５】 前記光偏向手段を、走査平面内で任意の
   角度に回動自在な回動機構と走査平面内を移動自在な移
   動機構を有する位置可変装置に装着した請求項１乃至４
   のいずれかに記載の走査光学系測定装置。
6. 【請求項６】 前記画像処理手段は、検出手段で検出し
   た２次元画像データを画像処理して、主走査方向に離間
   した複数点に結像される走査ビームの主走査方向と副走
   査方向のビーム径を算出する請求項１乃至５のいずれか
   に記載の走査光学系測定装置。
7. 【請求項７】 前記画像処理手段は、検出手段で検出し
   た２次元画像データを画像処理して、前記主走査方向に
   離間した複数点に結像される走査ビームの副走査方向の
   座標から測定対象である走査光学系の走査線曲りと走査
   線傾きを測定する請求項１乃至６のいずれかに記載の走
   査光学系測定装置。
8. 【請求項８】 前記画像処理手段は、検出手段で検出し
   た２次元画像データを画像処理して、前記主走査方向に
   離間した複数点に結像される走査ビームの間隔とあらか
   じめ設定された走査ビームの間隔の規定値から測定対象
   である走査光学系の倍率誤差を算出する請求項１乃至７
   のいずれかに記載の走査光学系測定装置。
9. 【請求項９】 測定対象である走査光学系のレーザ光源
   の出力を画素単位で変調させて点灯・点滅制御して一走
   査の複数点で結像される走査ビームを偏向し、複数点で
   結像される走査ビームの光強度分布を２次元画像データ
   として検出し、検出した２次元画像データを画像処理し
   て、主走査方向に離間した複数点に結像される走査ビー
   ムの主走査方向と副走査方向のビーム径を測定すること
   を特徴とする走査光学系測定方法。
10. 【請求項１０】 前記主走査方向に離間した複数点に結
    像される走査ビームの副走査方向の座標から測定対象で
    ある走査光学系の走査線曲りと走査線傾きを測定する請
    求項９記載の走査光学系測定方法。
11. 【請求項１１】 前記主走査方向に離間した複数点に結
    像される走査ビームの間隔とあらかじめ設定された走査
    ビームの間隔の規定値から測定対象である走査光学系の
    倍率誤差を算出する請求項９又は１０記載の走査光学系
    測定方法。
12. 【請求項１２】 請求項１乃至５のいずれかに記載の走
    査光学系測定装置の画像処理手段から出力する測定対象
    である走査光学系で出射する走査ビームの光学特性に基
    づき、前記走査光学系の複数の光学部品の組付位置を調
    整する調整機構部を有することを特徴とする走査光学系
    調整装置。
13. 【請求項１３】 前記調整機構部は、画像処理手段から
    出力する主走査方向に離間した複数点に結像される走査
    ビームの主走査方向と副走査方向のビーム径から、測定
    対象である走査光学系の走査ビームの主走査方向と副走
    査方向の焦点位置を調整する光学部品の位置を調整する
    請求項１２記載の走査光学系調整装置。
14. 【請求項１４】 前記調整機構部は、画像処理手段から
    出力する測定対象である走査光学系の走査線曲りと走査
    線傾きから、前記走査光学系の走査結像光学系の光学部
    品に位置を調整する請求項１２又は１３記載の走査光学
    系調整装置。