JP2010020229A - 光ビーム走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 近年の、偏向量をＢＤ検知手段からの位置情報より偏向駆動値にフィードバック制御する光ビーム走査制御装置においては、複数の光ビーム検知位置を設け、複数のフォトダイオードや複数の複雑で高精度な光学系を用いてＢＤ検知手段を構成する必要がありコスト上昇を招く問題点があった。
【解決手段】 光偏向手段により、光ビームを走査する光ビーム走査装置において、前記光偏向手段走査域中の所定光ビーム検出位置に光ビームを前記光偏向手段に戻す少なくとも一つの戻り光発生手段を配置し、光偏向手段前方に戻り光を検出し、電気信号に変換する戻り光検出手段とを配し、前記戻り光検出手段検出信号より光ビーム走査位置情報を検出することにより安価な光ビーム走査位置検出制御手段を講じた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザービームプリンタ等の光ビーム走査装置の印字精度制御技術手段に関するものである。

従来、ビデオ信号に基づき強度変調した光ビームを所定タイミングで感光体にラスター走査して静電潜像を形成し、公知の電子写真プロセスにより、トナー像を現像しメディア上に転写形成する画像形成装置における光ビーム走査装置は、主走査書き出し位置とビデオ信号との同期をとるため、走査した光ビームを検出して電気信号（以後BD信号と呼ぶ）を発生する光ビーム検知手段を有している。

即ち、光走査装置は、具体的には、光源となる半導体レーザーと、発光電流設定制御手段とレーザー光を収束する収束光学手段とにより光ビームを発生する光ビーム発生手段と、前記光ビームを等速回転制御させたポリゴンミラー面に反射させ光ビームを偏向走査する光偏向手段と、光偏向手段により走査した光ビームを走査領域中の所定位置に配置したフォトダイオードにより電気信号に変換して検出し、所定閾値と比較してＢＤ信号を発生する光ビーム検知手段とにより構成され、前記ＢＤ信号に同期して、メモリ上にビットマップ展開された印字画像を読み出しビデオ信号を発生させることにより主走査書き出し位置制御を実現している。

また、ＢＤ信号はポリゴンモータの等速回転制御の回転数検知信号にも用いたＢＤポリゴン制御方式が提案されている。

また、近年、光偏向手段は、走査ミラーを回転軸を中心に往復振動させる往復走査ミラー方式等が提案されている。特に特許文献１にて提案しているように、２倍の共振周波数の関係にある二つのサイン波駆動波形を合成して走査ミラーの角度変移がのこぎり波状波形となるよう駆動波形を生成し、略等角速速度運動領域を光走査に利用した光偏向手段においては、略等角速度走査運動軌道を高精度に再現する必要があるため、走査域の左右に二つのＢＤ検知位置を設け光ビームを検出し、所定の略等角速度走査運動軌道とＢＤ検知位置から決定されるターゲットタイミングからの誤差を計算し、予めターゲット周りの誤差と制御量（二つのサイン波振幅Ａ１、Ａ２と位相φ）差分の偏微分方程式を解いて得た関数列からなる制御マトリックスにより補正量を演算し、それぞれの二つのサイン波振幅Ａ１、Ａ２と位相φの制御量を決定フィードバック制御して所定の略等角速度走査運動を高精度に達成する二つのＢＤ検知位置を設けた走査駆動制御手段を提案している。
特開２００８−０４０４６０号公報

以上説明したように、近年の偏向量をＢＤ検知手段からの位置情報より偏向駆動値にフィードバック制御する光ビーム走査制御装置においては、複数の光ビーム検知位置を設け、複数のフォトダイオードや複数の複雑で高精度な光学系を用いてＢＤ検知手段を構成する必要がありコスト上昇を招く問題点があった。

本発明はかかる問題点を解決するために考案したものであり、光ビームを発生する光ビーム発生手段と前記光ビーム発生手段出射光ビームを所定走査域に偏向走査する光偏向手段とにより、光ビームを走査する光ビーム走査装置において、前記光偏向手段走査域中の所定光ビーム検出位置に配置した、光ビームを前記光偏向手段に戻す少なくとも一つの戻り光発生手段と、前記光偏向手段前方に前記戻り光発生手段による戻り光を検出し、電気信号に変換する戻り光検出手段とを配し、前記戻り光検出手段検出信号より光ビーム走査位置情報を検出する光ビーム走査位置検出制御手段を講じたものである。

また、前記光ビーム発生手段は、半導体レーザー等レーザー光源の発光光量をフォトダイオード等のパワーモニタにより所定基準光量と成るよう発光電流を調整する発光電流設定制御手段と前記レーザー光源と前記レーザー光を収束する収束光学手段とにより構成し、前記戻り光検出手段検出周期に同期した所定タイミングにおいて前記発光バイアス電流設定制御手段の調整動作を停止し、一定電流で発光せしめた発光シーケンス制御手段を講じたものである。

また、前記戻り光検出手段は、半導体レーザーの後方パワーモニタフォトダイオード出力を所定レベルと比較することにより検出手段を構成したものである。

また、前記戻り光検出手段は、戻り光による半導体レーザーの発振モードの変化によるレーザー電流の変動を所定レベルと比較することにより検出手段を構成したものである。

また、前記戻り光検出手段は、光ビーム発生手段と光偏向手段の間に配置し、戻り光を分離する光ビーム分離手段と光ビーム分離手段戻り光をフォトダイオードで検出する光ビーム検出手段より構成したものである。

また、前記戻り光発生手段は、光ビームに鉛直に配置した少なくとも一つの平面鏡を光偏向手段走査方向の任意の位置に配置し光ビーム検知位置を設定したものである。

また、前記戻り光発生手段は、光偏向手段走査方向に垂直な断面において、戻り光検出手段受光面を焦点とする少なくとも一つの曲面鏡を光偏向手段走査方向の任意の位置に配置し光ビーム検知位置を設定したものである。

また、前記戻り光発生手段は、光偏向手段走査方向に垂直な断面において、戻り光検出手段受光面を焦点とする少なくとも一つのプリズム鏡を光偏向手段走査方向の任意の位置に配置し光ビーム検知位置を設定したものである。

また、前記光偏向手段は、等速回転制御したポリゴンミラー面に光ビームを反射させて光ビームを偏向走査するポリゴン偏向手段により、構成したものである。

また、前記光偏向手段は、往復運動させたミラー面に光ビームを反射させて光ビームを偏向する往復ミラー光偏向手段により、構成したものである。

また、前記光偏向手段は、印加電圧に応じて誘電率分布の傾斜が変化する強誘電率結晶体に光ビームを通過させ、印加電圧変化に応じて屈折率を変化させ光ビームを偏向する電気偏向素子により構成したものである。

以上説明したように、本発明によれば、光偏向手段により、光ビームを走査する光ビーム走査装置において、前記光偏向手段走査域中の所定光ビーム検出位置に光ビームを前記光偏向手段に戻す少なくとも一つの戻り光発生手段を配置し、光偏向手段前方に戻り光を検出し、電気信号に変換する戻り光検出手段とを配し、前記戻り光検出手段検出信号より光ビーム走査位置情報を検出することにより安価な光ビーム走査位置検出制御手段を講じたものである。

また、前記戻り光検出手段に、半導体レーザーの後方パワーモニタフォトダイオード出力を用い所定レベルと比較することにより専用の検出手段を設けることなしに光ビーム走査位置検出制御手段を構成したものである。

これらの発明により、近年の偏向量をＢＤ検知手段からの位置情報より偏向駆動値にフィードバック制御する光ビーム走査制御装置等、複数のフォトダイオードや複雑で高精度な光学系を用いてＢＤ検知手段を構成する必要がありコスト上昇を招く問題点の解決手段を提供するのはもちろん、従来のポリゴンミラーによる偏向手段におけるＢＤ検知手段としても構成を簡素化し、コストを低減する効果がある。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

図１は本発明第1実施例の特徴を表す戻り光検知光学系の構成イメージを説明する構成イメージ図である。

図２は本発明第1実施例の図１構成イメージ図の動作を説明する動作説明図である。

101はレーザーダイオードであり、共振器後端に配置したフォトダイオード102によりレーザーの発光強度をモニタし、所定光量で発光するよう点灯電流自動調整する光量調整手段108と、前記光量調整手段を走査周期に同期したタイミング201で働かせ、点灯電流レベルをホールドする光量調整タイミング制御手段109とにより、レーザーダイオード101の個体差や熱特性を補正し、常に所定パワーのレーザー光源を実現している。

114はコリメータレンズであり、レーザーダイオード101からのレーザー光を収束し光ビーム110を出射する光ビーム発生手段を構成している。

103はMEMSスキャナであり、前記略等角速度運動202となるように遥動ミラー104を往復走査駆動させ、入射光ビーム110を走査域105の範囲に偏向させる光ビーム偏向手段を構成している。

尚、図１はイメージ図であり実際は奥行き方向に斜め入射させ、入射方向と反対に反射させ偏向走査を行う。

106は平面ミラー１、107は平面ミラー２でありMEMSスキャナ103の走査域105中の光ビーム検出位置に走査中心に正対する向きにそれぞれ配置し、入射方向に正反射する戻り光発生手段を構成している。

前記戻り光発生手段である、平面ミラー１（106）、平面ミラー２（107）は、MEMSスキャナ103の偏向走査により、走査方向の各検知位置に応じたタイミング203,204,205,206で入射した光ビームを正反射させ、戻り光111を光ビーム偏向手段103、レーザーダイオード101を介してフォトダイオード102に入射させる。

フォトダイオード102は、一定電流レベルにホールドされたレーザーダイオード101からの出射光に重畳して戻り光111を受けると207の通常レベルより高い208のBD検知レベルの出力となり、閾値レベル209に設定したコンパレータ112により、BD信号113が分離される。

これらの制御により、専用のBD検知手段を設けることなしに複数のBD検知位置の検知制御を高精度に実現したものである。

本第２実施例の特徴は、前記第1実施例では、戻り光検出手段に光量調整モニター用フォトダイオード102の検出出力の戻り光による増加を監視してBD検知出力を取り出すよう構成したのに対し本第２実施例では、戻り光によるレーザー駆動電流の変化を監視してBD検知出力を取り出す光ビーム走査位置検出制御手段を構成したものである。

また、戻り光発生手段を走査方向に垂直な方向に曲率を持った曲面ミラーにより構成したものである。

図３は本発明第２実施例の特徴を表す戻り光検知光学系の構成イメージを説明する構成イメージ図である。

図４は本発明第２実施例の図３構成イメージ図の動作を説明する動作説明図である。

前記第１実施例と同一構成同一機能を有する部分は同一番号の符号を付し、説明を省略する。

301はコンパレータでありレーザーダイオード101の通電電流モニタ出力302を監視し、所定閾値レベル401以上変動があるとBD検知出力303を出力する。

304は曲面ミラー１、305は曲面ミラー２であり、走査方向に垂直な方向にレーザーダイオードと、遥動ミラー反射面迄の関係が光学的共役の関係（焦点）となるよう曲率を持たせたものである。この光学構成により、遥動ミラーの軸方向の倒れに対する戻り光強度の鋭敏度を緩和できる効果がある。

以上の構成により、戻り光によってレーザーダイオード101のレーザー発振共振モードが変動するとレーザー閾値特性が変化しレーザーダイオード通電電流が変動したことを検出してBD検知出力303を取り出すことができる。

前記構成によれば、フォトダイオード102の応答性が良くない場合であっても専用のBD検知手段を設けることが可能で、一般にフォトダイオード102の応答性を選択しにくいレーザーダイオード101の選択自由度を上げるとともにBD検知位置の検知精度を高精度に実現したものである。

本第３実施例の特徴は、前記第1および第２実施例では、光源に高輝度ＬＥＤ501を用い、戻り光検出手段にビームスプリッタとフォトダイオードを組み合わせて戻り光によるBD検知出力を取り出す光ビーム走査位置検出制御手段を構成したものである。

また、光ビーム偏向手段に電気偏向素子を適用したものである。

また、戻り光発生手段を走査方向に垂直な方向に折り返すプリズムミラーにより構成したものである。

図５は本発明第３実施例の特徴を表す戻り光検知光学系の構成イメージを説明する構成イメージ図である。

前記第１および第２実施例と同一構成同一機能を有する部分は同一番号の符号を付し、説明を省略する。

501は高輝度ＬＥＤであり前記レーザーダイオード101に相当する光源である。

502はプリズムであり、戻り光を選択的に集光レンズ503を介してフォトダイオード504に導く。

505は電気偏向素子でありKTN結晶等の強誘電率結晶に電圧を印加して、電界に応じた屈折率分布で光ビームを直接偏向し、印加波形に即座に応答する特徴がある。

506はプリズムミラー１、507はプリズムミラー２であり、高輝度ＬＥＤ501とフォトダイオード504が光学的共役の関係（焦点）となるよう２つの反射面角度を９０度より若干狭めたものである。

以上の構成により、戻り光そのものをフォトダイオード504に導くことにより、高輝度ＬＥＤ501の出射光との混合を避けることができ、光量がレーザーダイオード101に比べて低く、後方でモニタできない高輝度ＬＥＤ501であっても使いこなすことができる効果がある。

前記構成組み合わせは、ほんの一例であって、同一機能を有する手段の構成を置き換えても良く、例えば、光ビーム偏向手段は従来のポリゴンモータであって、戻り光発生手段は一つであっても良い。要するに、戻り光発生手段を光ビーム検出位置に置き、光ビーム偏向手段を逆に辿って戻り光検出手段に至る構成であれば、別の組み合わせであっても良い。

本発明第1実施例戻り光検知光学系の構成イメージを説明する構成イメージ図 本発明第1実施例の動作を説明する動作説明図 本発明第２実施例戻り光検知光学系の構成イメージを説明する構成イメージ図 本発明第２実施例の動作を説明する動作説明図 本発明第３実施例戻り光検知光学系の構成イメージを説明する構成イメージ図

符号の説明

101 レーザーダイオード
102 フォトダイオード
103 MEMSスキャナ
104 遥動ミラー
105 走査域
106 平面ミラー１
107 平面ミラー２
108 光量調整手段
109 光量調整タイミング制御手段
110 光ビーム
111 戻り光
112 コンパレータ
113 BD信号
114 コリメータレンズ
201 タイミング
202 略等角速度運動
203,204,205,206 タイミング
207 通常レベル
208 BD検知レベル
209 閾値レベル
301 コンパレータ
302 通電電流モニタ出力
303 BD検知出力
304 曲面ミラー１
305 曲面ミラー２
401 閾値レベル
501 高輝度ＬＥＤ
502 プリズム
503 集光レンズ
504 フォトダイオード
505 電気偏向素子
506 プリズムミラー１
507 プリズムミラー２

Claims (11)

1. 光ビームを発生する光ビーム発生手段と前記光ビーム発生手段出射光ビームを所定走査域に偏向走査する光偏向手段とにより、光ビームを走査する光ビーム走査装置において、
   前記光偏向手段走査域中の所定光ビーム検出位置に配置した、光ビームを前記光偏向手段に戻す少なくとも一つの戻り光発生手段と、前記光偏向手段前方に前記戻り光発生手段による戻り光を検出し、電気信号に変換する戻り光検出手段とを配し、
   前記戻り光検出手段検出信号より光ビーム走査位置情報を検出する光ビーム走査位置検出制御手段を有したことを特徴とする光ビーム走査装置。
2. 前記光ビーム発生手段は、半導体レーザーレーザー光源の発光光量をフォトダイオードのパワーモニタにより所定基準光量と成るよう発光電流を調整する発光電流設定制御手段と前記レーザー光源と前記レーザー光を収束する収束光学手段とにより構成し、前記戻り光検出手段検出周期に同期した所定タイミングにおいて前記発光バイアス電流設定制御手段の調整動作を停止し、一定電流で発光せしめた発光シーケンス制御手段を有したことを特徴とする請求項１に記載の光ビーム走査装置。
3. 前記戻り光検出手段は、半導体レーザーの後方パワーモニタフォトダイオード出力を所定レベルと比較して検出することを特徴とする請求項１又は、請求項２に記載の光ビーム走査装置。
4. 前記戻り光検出手段は、戻り光による半導体レーザーの発振モードの変化によるレーザー電流の変動を所定レベルと比較して検出することを特徴とする請求項１又は、請求項２に記載の光ビーム走査装置。
5. 前記戻り光検出手段は、光ビーム発生手段と光偏向手段の間に配置し、戻り光を分離する光ビーム分離手段と光ビーム分離手段戻り光をフォトダイオードで検出する光ビーム検出手段より構成したことを特徴とする請求項１又は、請求項２に記載の光ビーム走査装置。
6. 前記戻り光発生手段は、光ビームに鉛直に配置した少なくとも一つの平面鏡を光偏向手段走査方向の任意の位置に配置し、光ビーム検知位置を設定したことを特徴とする請求項１又は、請求項２に記載の光ビーム走査装置。
7. 前記戻り光発生手段は、光偏向手段走査方向に垂直な断面において、戻り光検出手段受光面を焦点とする少なくとも一つの曲面鏡を光偏向手段走査方向の任意の位置に配置し光ビーム検知位置を設定したことを特徴とする請求項１又は、請求項２に記載の光ビーム走査装置。
8. 前記戻り光発生手段は、光偏向手段走査方向に垂直な断面において、戻り光検出手段受光面を焦点とする少なくとも一つのプリズム鏡を光偏向手段走査方向の任意の位置に配置し光ビーム検知位置を設定したことを特徴とする請求項１又は、請求項２に記載の光ビーム走査装置。
9. 前記光偏向手段は、等速回転制御したポリゴンミラー面に光ビームを反射させて光ビームを偏向走査するポリゴン偏向手段により構成したことを特徴とする請求項１又は、請求項２に記載の光ビーム走査装置。
10. 前記光偏向手段は、往復運動させたミラー面に光ビームを反射させて光ビームを偏向する往復ミラー光偏向手段により構成したことを特徴とする請求項１又は、請求項２に記載の光ビーム走査装置。
11. 前記光偏向手段は、印加電圧に応じて誘電率分布の傾斜が変化する強誘電率結晶体に光ビームを通過させ、印加電圧変化に応じて屈折率を変化させ光ビームを偏向する電気偏向素子により構成したことを特徴とする請求項１又は、請求項２に記載の光ビーム走査装置。

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