JP2004246137A - レーザ走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光を主走査、副走査して画像形成を行うレーザ走査装置において、レーザ光の副走査方向の位置ずれを検出するための検出器を簡略化、小型化する。
【解決手段】レーザ光源から出射されるレーザ光を偏向して感光体に対して主走査し、同時にレーザ光に対して感光体を副走査して所要の描画を行うレーザ走査装置において偏向走査されるレーザ光ＬＢを受光してその副走査方向の位置ずれを検出するためのフォトダイオード１２と、受光素子の前面に配置され主走査されるレーザ光を受光素子に向けて主走査方向に偏向するとともに、主走査方向の幅寸法が副走査方向で相違されるセンサレンズ２１を備える。レーザ光の副走査方向の位置ずれによりフォトダイオード１２から出力される受光信号の信号幅が変化され、この信号幅から位置ずれを検出する。
【選択図】 図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ光を走査して画像形成を行うレーザ走査装置に関し、特に感光体に対するレーザ光の副走査方向の位置ずれを検出する検出器を備えたレーザ走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光を感光体に走査して所望の画像形成を行うレーザ走査装置では、感光体に対してレーザ光を一方向に主走査すると同時に、この主走査方向に直交する方向にもレーザ光を副走査する必要がある。通常のレーザ走査装置では、主走査はレーザ光を感光体に対して移動させながら走査を行い、副走査は感光体を副走査方向に移動させることで相対的にレーザ光の主走査位置を移動させるような構成がとられている。このようなレーザ走査装置では、目的とする画像を正確に描画するためには、レーザ光を主走査方向に走査する際のタイミングを適正に制御するとともに、副走査方向の走査位置を適正に制御する必要がある。従来、主走査方向の走査タイミングの制御を行う構成としては、走査されるレーザ光の一部を受光素子により受光し、この受光素子での受光タイミングに基づいて走査タイミングの制御を行っている。また、副走査方向の走査位置の制御を行う構成としては、走査されるレーザ光の一部を受光素子により受光し、この受光素子における副走査方向と等価な方向の受光位置から副走査位置を検出し、この検出に基づいて副走査方向の位置制御を行っている。
【０００３】
例えば、図９は特許文献１に記載されたレーザ走査装置の概略構成を示す図であり、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光ＬＢは高速回転するポリゴンミラー１０２によって主走査方向に偏向され、この偏向されたレーザ光はｆθレンズ１０３及び折り返しミラー１０４によって等速状態で感光ドラム１０５に走査される。また、感光ドラム１０５を回転軸回りに回動することでレーザ光ＬＢを副走査し、所要の画像形成が行われる。また、偏向されたレーザ光ＬＢを感光ドラム１０５に対して走査する領域以外の位置において第１の反射ミラー１０６により反射させて第１の受光素子１０７で受光し、この第１の受光素子１０７から出力される受光信号により制御回路１０８において前記感光ドラム１０５に対するレーザ光の主走査の走査タイミングの制御を行っている。また、レーザ光ＬＢは第２の反射ミラー１０９で反射されて第２の受光素子１１０で受光され、この第２の受光素子１１０から出力される受光信号によりレーザ光ＬＢの副走査方向の位置を検出し、検出に基づいてレーザ光源１０１の副走査方向の位置補正を行っている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２３０８２号公報
【０００５】
ところで、特許文献１のレーザ走査装置では、レーザ光の副走査方向の位置を検出するための第２の受光素子１１０は、例えば、図１０（ａ）に示すように、副走査方向に主走査位置が異なる複数の受光面１１１〜１１４を備えた構成とされている。同図において、Ｈ方向はレーザ光の主走査方向、Ｖ方向は副走査方向であり、第１の受光面１１１は副走査方向と平行に延びるパターン形状に形成され、第２ないし第４の受光面１１２〜１１４は第１の受光面１１１に対して主走査方向にそれぞれ異なる間隔だけ離れたパターン形状に形成されている。このような受光面を備えることにより、レーザ光の副走査方向の位置が同図のＶ１，Ｖ２，Ｖ３のように位置ずれが生じると、第１及び第２〜第４の各受光面から出力される受光信号は同図（ｂ）のようになるため、これらの各受光面の各受光信号の間隔を検出することで、レーザ光ＬＢが走査される副走査位置を検出し、基準となる副走査方向に対するレーザ光の副走査位置の位置ずれを検出することが可能になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１のレーザ走査装置における副走査位置の位置ずれを検出するための受光素子（第２の受光素子）では、主走査方向に所要の間隔で配置される第１及び第２〜第４の受光面が必要であり、このような受光面を備えた受光素子は構造が複雑になるとともに製造コストが高くつき、しかも受光面積が大きくなるために受光素子が大型化することになる。特に、副走査方向の位置ずれを微細に検出する場合には、主走査方向の間隔が異なる多数の受光面が必要であり、構造の複雑化や面積の大型化が顕著なものとなる。また、第１ないし第４の各受光面から検出信号を取り出しているために受光素子に接続する配線数が多くなり、しかも各受光面からの検出信号を処理するための回路が必要であり、回路構成も複雑化、大型化することになる。そのため、このような副走査方向の位置ずれを検出するための第２の受光素子を配設することが要求されているレーザ走査装置の小型化、低コスト化を実現することは困難になる。
【０００７】
なお、特許文献１には、受光面のパターン形状を傾斜させることで受光面の数を低減する構成例、あるいは受光素子を単一化する一方でレーザ光を偏向して受光素子で受光させるための偏向素子を備えた構成例も提案されており、これらの構成例では受光素子を簡略化する上では有効であるが、前者の場合には受光面のパターン形成が困難になり、後者の場合には偏向素子の構造が複雑化、大型化されることになり、レーザ走査装置の小型化、低コスト化を図ることは依然として難しいものとなっている。
【０００８】
本発明の目的は、レーザ光の副走査方向の位置ずれを検出するための検出器を簡略化、小型化することにより、小型化及び低コスト化を実現したレーザ走査装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザ光を発光するレーザ光源と、当該レーザ光を偏向して感光体に対して主走査する偏向走査手段と、偏向走査されるレーザ光を受光してレーザ光の副走査方向の位置ずれを検出するための受光素子と、受光素子の前面に配置され主走査されるレーザ光を受光素子に向けて主走査方向に偏向するとともに、主走査方向の幅寸法が副走査方向で相違されるセンサレンズを備えている。
【００１０】
例えば、センサレンズは、受光素子の受光面に対して主走査方向に傾斜した斜辺を有する三角形に形成される。また、センサレンズはレーザ光を受光素子に向けて主走査方向にのみ偏向する構成とされる。この場合には、センサレンズはシリンダレンズの一部で構成される。また、センサレンズはレーザ光を受光素子に向けて副走査方向にも偏向する構成とされる。この場合には、センサレンズは凸レンズの一部で構成される。
【００１１】
本発明によれば、既存の受光素子の前面にセンサレンズを配置するだけでレーザ光の副走査方向の位置ずれを検出することができるため、検出器の構造を簡略化でき、レーザ走査装置の小型化、低コスト化を実現することが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は第１の実施形態のレーザ走査装置の斜視構成図である。レーザ光源としてのレーザダイオード１１から出射されたレーザ光ＬＢは六角形をした多面反射鏡であるポリゴンミラー２に投射され、このポリゴンミラー２が回転軸２ａの回りに水平方向に高速回転されることによってレーザ光ＬＢは主走査方向（Ｈ方向）に偏向される。この偏向されたレーザ光ＬＢはｆθレンズ３によって偏向が調整され、等速状態で感光ドラム４の回転軸４ａと平行な方向に走査され、その感光面に対して主走査される。また、感光ドラム４が回転軸４ａの回りに回転されることで感光面に対して副走査方向（Ｖ方向）の走査が行われる。さらに、偏向されたレーザ光ＬＢが感光ドラムに対して主走査される領域以外の偏向位置に反射ミラー５が配設されており、レーザ光ＬＢはこの反射ミラー５により反射され、受光素子としてのフォトダイオード１２で受光され、主走査方向の走査タイミング信号及び副走査方向のレーザ光の位置ずれ検出信号を得るようになっている。
【００１３】
前記レーザダイオード１１とフォトダイオード１２は同一の基板上に組み付けられて一つの光源ユニット１として構成されている。図２はこの光源ユニット１の外観斜視図である。前記光源ユニット１は回路基板１０に構築されており、この回路基板１０は所要の配線パターンが形成された水平方向に長い長方形の配線回路基板として構成され、レーザ走査装置のベース部材１６に設けられた支持片１６ａによって垂直状態に保持されている。前記レーザダイオード１１は、図３（ａ），（ｂ）に正面図と縦断面図を併せて示すように、円筒状をしたレーザダイオードケーシング１３内にコリメートレンズ１４と共に内装されており、レーザダイオード１１から出射されたレーザ光がコリメートレンズ１４で平行光束のレーザ光に整形された上で前記レーザダイオードケーシング１３の頂面に設けられた出射窓１３ａから出射されるようになっている。前記レーザダイオード１１は出射するレーザ光の光軸が前記レーザダイオードケーシング１３の筒軸に一致する位置に内装固定される。また、前記レーザダイオードケーシング１３内には図には現れないモニタ用フォトダイオードが一体的に内装されており、このモニタ用フォトダイオードは前記レーザダイオード１１から出射されるレーザ光の一部を受光し、この受光により当該レーザ光の光強度を検出してレーザダイオード１１の発光出力を制御するものであるが、ここではその詳細な説明は省略する。
【００１４】
また、前記レーザダイオードケーシング１３は前記回路基板１０に対してフレキシブル配線１５によって電気接続されており、回路基板１０に対しては相対移動可能に構成される一方で、レーザ走査装置を構築しているベース部材１６に設けられている支持ブロック１７に固定支持されている。ここでは前記レーザダイオードケーシング１３の両側面に一体に設けられた一対のフランジ１３ｂにおいてネジ１８により前記支持ブロック１７に固定されているが、フランジ１３ｂと支持ブロック１７との間に板バネ１９が介挿され、ネジ１８の締めつけを調整することでレーザダイオードケーシング１３を支持ブロック１７に対して垂直方向に位置調整することが可能とされている。この位置調整によりレーザダイオード１１の光軸は垂直方向、すなわち副走査方向に位置調整することが可能になる。
【００１５】
前記フォトダイオード１２は前記レーザダイオード１１とは水平方向に所要の寸法離れた位置において前記回路基板１０に固定的に搭載されている。図４（ａ）に外観斜視図を示すように、前記フォトダイオード１２の受光面１２ａは垂直方向に長い縦長の太線形ないし長方形に形成されている。なお、この垂直方向の長さはレーザ光の副走査方向の位置ずれを調整するのに十分な長さに形成される。また、前記フォトダイオード１２は前記回路基板１０に電気的に接続されており、受光面１２ａにレーザ光が投射されたときに、前記回路基板１０に設けられた信号処理回路２０に所要の電気信号を出力するようになっている。
【００１６】
さらに、前記フォトダイオード１２の受光面１２ａの直前位置にはセンサレンズ２１が配置され、前記回路基板１０に立設されたステム２２によって固定支持されている。前記センサレンズ２１は前記反射ミラー５で反射されたレーザ光を集光するように偏向して前記受光面１２ａに投射するために設けられており、ここでは図４（ｂ）に示すように、前記受光面１２ａの前面を覆うように配置され、シリンダ軸を垂直方向に向けるとともに集光点が前記受光面１２ａに一致されたシリンダレンズ２１Ａの一部を切り取った構成とされている。同図において点描した部分が切り取った部分である。また、前記センサレンズ２１は、前記レーザ光の副走査方向である垂直方向の寸法は少なくとも前記受光面１２ａの垂直方向の寸法以上とされ、また前記レーザ光の主走査方向に対応する水平方向の寸法は上端部から下端部に向けて徐々に長くなるように水平方向である主走査方向に対してテーパ状に形成され、当該センサレンズ２１の光軸方向から見たときに、二等辺三角形となるように形成されている。
【００１７】
以上の構成によれば、図１に示したように、レーザダイオードケーシング１３内のレーザダイオード１１から出射されたレーザ光ＬＢはコリメータレンズ１４により平行光束とされた上で出射窓１３ａから出射され、ポリゴンミラー２に投射される。投射されたレーザ光ＬＢは前述のようにポリゴンミラー２が回転されることによって偏向され、ｆθレンズ３を透過して感光ドラム４の感光面に主走査される。また、感光ドラム４の軸回り方向の回転により副走査され、これにより所望の画像が描画されることになる。
【００１８】
ｆθレンズ３を透過したレーザ光は、感光ドラム４に走査される直前のタイミングにおいて反射ミラー５によって反射され、フォトダイオード１２で受光される。フォトダイオード１２ではレーザ光ＬＢを受光したときの受光信号を信号処理回路２０に出力し、この信号処理回路２０において受光タイミング信号を生成するとともに副走査方向の位置ずれを検出する。前記受光タイミング信号はレーザ走査装置に入力されるビデオ信号との同期をとるための同期信号として生成されるもので、この同期信号によって同期がとられたビデオ信号に基づいてレーザダイオード１１からのレーザ光ＬＢを感光ドラム４に主走査する際の走査タイミングを取っている。また、副走査方向の位置ずれを検出することで、レーザダイオード１１の副走査方向の位置調整を行うことが可能になる。
【００１９】
図５及び図６は前記フォトダイオード１２での受光タイミング信号及び副走査方向の位置ずれを検出する動作を説明するための図であり、図５はセンサレンズ２１及びフォトダイオード１２を上から見た図、図６はフォトダイオード１２の受光面１２ａをセンサレンズ２１を透して正面方向から見た図である。図５に示すように、レーザ光ＬＢが主走査されながらセンサレンズ２１に入射されると、レーザ光ＬＢはセンサレンズ２１によってフォトダイオード１２の受光面１２ａに向けて主走査方向に沿って偏向されるため、センサレンズ２１にレーザ光ＬＢが入射される主走査の期間だけ受光面１２ａでの受光が行われてフォトダイオード１２から受光信号が出力されることになる。
【００２０】
このような主走査において、図６（ａ１）は、レーザ光ＬＢの副走査方向に位置ずれが生じていない場合を示す図であり、前述のように感光ドラム４に対して走査されるレーザ光ＬＢは反射ミラー５で反射された後、センサレンズ２１及び受光面１２ａの垂直方向の走査位置Ｖ１において水平方向に主走査される。このとき、レーザ光ＬＢはセンサレンズ２１によって受光面１２ａに投射されるように主走査方向に偏向されるため、図６（ａ２）のように、受光面１２ａでは走査位置Ｖ１におけるセンサレンズ２１の幅寸法Ｗ１だけレーザ光が走査する間の受光信号Ｓ１を出力する。
【００２１】
一方、図６（ｂ１）のように、レーザ光ＬＢの副走査方向の位置が垂直上方向に位置ずれが生じているような場合には、受光面１２ａでは走査位置Ｖ２（＝Ｖ１＋Δｄ１）におけるセンサレンズ２１の幅寸法Ｗ２だけレーザ光ＬＢが走査する間の受光信号Ｓ２を出力する。センサレンズ２１は前述のように上部の幅寸法が下部よりも小さくされているため、図６（ｂ２）のように、受光信号Ｓ２の信号幅Ｗ２は受光信号Ｓ１の信号幅Ｗ１よりも短くなる。したがって、この信号幅の差ΔＷ＝Ｗ１−Ｗ２に対応する垂直方向の長さΔｄ１だけ上方に副走査方向の位置ずれが生じていることが検出される。
【００２２】
逆に、図６（ｃ１）のように、レーザ光ＬＢの副走査方向の位置が垂直下方向に位置ずれが生じているような場合には、受光面１２ａでは走査位置Ｖ３（＝Ｖ１−Δｄ２）におけるセンサレンズ２１の幅寸法Ｗ３だけレーザ光が走査する間の受光信号Ｓ３を出力する。センサレンズ２１は前述のように下部の幅寸法が上部よりも大きくされているため、図６（ｃ２）のように、受光信号Ｓ３の信号幅Ｗ３は受光信号Ｓ１の信号幅Ｗ１よりも長くなる。したがって、この信号幅の差ΔＷ＝Ｗ１−Ｗ３に対応する垂直方向の長さΔｄ２だけ下方に副走査方向の位置ずれが生じていることが検出される。
【００２３】
このようにしてフォトダイオード１２から得られる受光信号の信号幅の差ΔＷに基づいてレーザ光ＬＢ、すなわちレーザダイオード１１の副走査位置が基準となる副走査位置から上側、あるいは下側にずれていることが検出できる。したがって、この検出結果に基づいて光源ユニット１のレーザダイオードケーシング１３を固定しているネジ１８を締緩して垂直方向に位置調整し、信号幅の差ΔＷが０になるようにレーザダイオードケーシング１３の高さ方向の位置調整を行えば、副走査方向の位置を補正することが可能になる。
【００２４】
なお、フォトダイオード１２で検出される受光信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３から、当該受光信号の信号幅の中心位置を検出すれば、その受光タイミングを主走査方向の走査タイミング信号として得ることができる。この主走査方向の調整については、ここでは詳細な説明は省略するが、従来の技術を利用するのであれば、反射ミラー５の角度を調整することによってフォトダイオード１２でのレーザ光ＬＢの受光タイミングを変化させ、レーザダイオード１１からのレーザ光ＬＢを感光ドラム４に主走査する際の走査タイミングを取ることが可能である。あるいは、フォトダイオード１２を回路基板１０に対して水平方向に位置調整可能に構成しておき、この水平方向の位置調整によってフォトダイオード１２での受光タイミングを変化させるようにしてもよい。
【００２５】
ここで、前記実施形態ではセンサレンズを二等辺三角形に形成しているが、副走査方向に幅寸法が異なる形状のレンズとして構成されていれば、二等辺三角形に限定されるものではない。例えば、図７（ａ）に示す直角三角形、図７（ｂ）に示す菱形、図７（ｃ）に示す鼓形、さらには、図７（ｄ）に示す楕円型等である。ただし、副走査方向に対称な形状の場合には、レーザ光が副走査方向の基準位置に対していずれの方向に位置ずれが生じているかを判定することが難しくなる。あるいは、図示は省略するが、副走査方向に階段状に幅寸法が異なる形成としてもよい。
【００２６】
また、前記実施形態ではシリンダレンズの一部を利用してセンサレンズを構成しているが、レーザ光の副走査方向に幅寸法が相違するとともにいずれの副走査位置においてもレーザ光をフォトダイオードの受光パターン面に向けて偏向させる形状のレンズであれば、他のレンズで構成することも可能である。例えば、図８（ａ）は片凸レンズを利用してセンサレンズ２３を構成した実施形態を示す図であり、図８（ｂ）に示すように、片凸レンズ２３Ａの一部を半径に沿って二等辺三角形に切り落としてセンサレンズ２３を構成したものである。このセンサレンズ２３でも、図８（ａ）に示すように、レーザ光ＬＢは主走査方向に偏向されてフォトダイオード１２の受光面１２ｂに投射されるため、副走査方向の位置の違いによって受光面１２ｂで受光されるレーザ光の主走査方向の寸法が変化され、受光信号の信号幅が変化され、副走査方向の位置ずれを検出することが可能である。また、このセンサレンズ２３では、レーザ光ＬＢは垂直方向、すなわち副走査方向にも偏向されるため、フォトダイオード１２の受光面１２ｂを副走査方向に長く形成する必要はなく、前記実施形態に比較してフォトダイオード１２を小さくすることが可能である。
【００２７】
なお、前記各実施形態におけるセンサレンズは、必ずしもシリンダレンズや片凸レンズから切り出す必要はなく、図４（ｂ）及び図８（ｂ）の各レンズの点描部分を不透光部材でマスクすることで実質的に前記各センサレンズと同等の機能を有するレンズとして構成することも可能である。
【００２８】
ここで、前記各実施形態は偏向走査されるレーザ光を反射ミラーで反射してフォトダイオードを受光する例を示しているが、ポリゴンミラーで反射されたレーザ光を直接フォトダイオードで受光する構成のレーザ走査装置に適用することも可能である。この場合、レーザ光をフォトダイオードに導くためにポリゴンミラーとフォトダイオードとの間にレーザ光の光軸を偏向させるためのプリズム等の光学手段を介在させるようにすればよい。
【００２９】
また、前記実施形態では、一つのフォトダイオードで副走査方向の位置ずれと主走査方向の走査タイミング信号を検出するように構成しているが、両者を独立した受光素子でそれぞれ構成するようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、偏向走査されるレーザ光を受光する受光素子の前面に、主走査されるレーザ光を受光素子に向けて主走査方向に偏向するとともに、主走査方向の幅寸法が副走査方向で相違されるセンサレンズを配置するだけでレーザ光の副走査方向の位置ずれを検出することができ、レーザ光の副走査方向の位置ずれを検出するための検出器の構造を簡略化でき、レーザ走査装置の小型化、低コスト化を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザ走査装置の概略斜視構成図である。
【図２】光源ユニットの外観斜視図である。
【図３】光源ユニットをレーザ走査装置に組み付けた状態のレーザ光源の正面図と縦断面図である。
【図４】フォトダイオードとセンサレンズの外観図である。
【図５】副走査方向の位置ずれを検出する作用を説明するための上面図である。
【図６】副走査方向の位置ずれを検出する作用を説明するための正面図である。
【図７】センサレンズの変形例の正面図である。
【図８】本発明の他の実施形態のフォトダイオードとセンサレンズの外観図である。
【図９】従来のレーザ走査装置の一例の概略構成図である。
【図１０】従来のレーザ走査装置における副走査方向の位置ずれを検出する検出器と検出作用を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 光源ユニット
２ ポリゴンミラー
３ ｆθレンズ
４ 感光ドラム
５ 反射ミラー
１０ 回路基板
１１ レーザダイオード
１２ フォトダイオード
１３ レーザダイオードケーシング
２０ 信号処理回路
２１，２３ センサレンズ
ＬＢ レーザ光

Claims (9)

1. レーザ光を発光するレーザ光源と、前記レーザ光を偏向して感光体に対して主走査する偏向走査手段と、前記偏向走査されるレーザ光を受光して前記レーザ光の副走査方向の位置ずれを検出するための受光素子と、前記受光素子の前面に配置され前記主走査されるレーザ光を前記受光素子に向けて主走査方向に偏向するとともに、前記主走査方向の幅寸法が前記副走査方向で相違するセンサレンズを備えていることを特徴とするレーザ走査装置。
2. 前記センサレンズは、受光素子の受光面に対して主走査方向に傾斜した斜辺を有する三角形に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ走査装置。
3. 前記センサレンズは前記レーザ光を前記受光素子に向けて主走査方向にのみ偏向することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ走査装置。
4. 前記センサレンズはシリンダレンズの一部で構成されることを特徴とする請求項３に記載のレーザ走査装置。
5. 前記受光素子は前記センサレンズの副走査方向の長さに対応する副走査方向の長さの受光面を備えていることを特徴とする請求項３または４に記載のレーザ走査装置。
6. 前記センサレンズは前記レーザ光を前記受光素子に向けて副走査方向にも偏向することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のレーザ走査装置。
7. 前記センサレンズは凸レンズの一部で構成されることを特徴とする請求項６に記載のレーザ走査装置。
8. 前記受光素子は前記レーザ光の主走査方向のタイミング信号を検出する受光素子を兼ねていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のレーザ走査装置。
9. 前記レーザ光源は副走査方向に光軸位置が調整可能であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のレーザ走査装置。

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