JP2757312B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光束が被走査体上で常に適正位置に集光す
る様に、また走査ラインの送りが一定間隔となる様に高
精度な制御機能を有し、複写装置、記録装置等において
高品位な画像出力等を与え得る光走査装置に関する。

［従来の技術］ 従来、光ビームを記録体面上に走査露光する光走査装
置において、光ビームの結像点を記録体の表面から常に
一定の位置に保つ方法として、光源或は光学系の一部を
駆動するものが知られている（例えば、特開昭63−7816
7号参照）。この際、光源や光学系の一部を制御駆動す
る為の情報としては、光学系の一部に設けられた光検出
器によって得られた情報、或は既に記憶手段に蓄えられ
た情報が用いられる（例えば、特開昭60−100113号、特
開昭61−25367号参照）。

また、露光走査の際に光束の走査位置を記録体上の一
定の位置に保つ為に、光学系の一部或は光学系の一部に
設けられた反射ミラー等を駆動する方法が知られている
（例えば、特開昭61−278814号、特開昭61−190311号参
照）。このとき、反射ミラー等を制御する情報は、記録
体の送りムラを検知する検知手段や、走査手段である回
転多面鏡（ポリゴンミラー）の面を検知して予め面倒れ
情報を記憶した記憶手段から得ている（例えば、特開昭
59−15217号参照）。

［発明が解決しようとする課題］ しかし乍ら、上記従来例では、例えば記憶手段より得
られる情報により光ビームの結像位置を一定に保つ場
合、或は走査位置を保つ場合において、結像位置ずれや
光走査位置ずれなどが上記記憶手段に蓄えられている情
報に関するもの以外の原因によって発生したときは、補
正制御不可能となる問題点がある。

また、光学系の一部に設けられた光検出器或は記録体
の送りムラを検知する検知手段から得られる情報によっ
て補正制御する場合、走査線全てに亙って結像位置ずれ
や走査位置ずれを補正制御することは装置構成上極めて
困難であり、且つ情報検出より補正するまでほぼ実時間
において行なわなくてはならず、電子回路の処理時間等
を考慮するとこれも極めて困難である。

従って、本発明の目的は、上記課題を解決すべく、走
査の際に生じる結像位置ずれや光走査位置ずれの少なく
とも一方を全走査線に亙って補正制御することが可能な
光走査装置を提供することにある。

［課題を解決する為の手段］ 上記目的を達成する為の本発明では、光源からの光束
を、光ビームを１次元的に走査する走査手段と光源から
の光ビームを被走査体上に結像する結像手段とを介し
て、被走査体上に集光、走査する光走査装置において、
被走査体付近の光束の結像位置を検出する手段と被走査
体上の光走査位置を検出する手段のうちの少なくとも一
方と、結像位置検出手段からの情報に基づいて光束と結
像位置を結像手段の光軸方向に制御する制御手段と光走
査位置検出手段からの情報に基づいて光走査位置を走査
面（走査ビームが経時的に形成する面）に対して垂直な
方向に制御する制御手段のうちの少なくとも一方と、結
像手段の持つ像面湾曲等の偏差量に関する情報を記憶す
る記憶手段と結像手段の持つ偏差量及び走査手段の持つ
面倒れ及び被走査体の位置ずれの少なくとも１つを含む
ものに関する情報を記憶する記憶手段のうちの少なくと
も一方とを有し、前記結像位置検出手段と光走査位置検
出手段のうちの少なくとも一方からの情報を基に光束の
結像位置と光走査位置のうちの少なくとも一方が被走査
体上から所定の位置ないし被走査体上の所定の位置に置
かれ、更に前記偏差量記憶手段と前記面倒れ等記憶手段
のうちの少なくとも一方の情報を基に全走査線に亙って
結像位置ないし光走査位置が制御される。

より具体的には、前記結像位置制御手段は光源、走査
手段、結像手段の少なくとも一部を駆動して光束の結像
位置を制御したり、前記光走査位置制御手段は光源、走
査手段、結像手段、被走査体の少なくとも一部を駆動し
て光走査位置を制御したりする。また、前記光走査位置
制御手段は光源と被走査体との間の光路中に設けられた
光走査位置を走査面に対して垂直方向に変える変更駆動
手段であったりする。

［作用］ 上記構成を有する光走査装置においては、検出手段か
らの情報により先ず光束の集光位置を被走査体に対して
所定の位置に置いた後に、更に記憶手段の情報を基に光
束の集光位置が制御されるので、検出手段による制御の
長所（検出時毎の最新の環境に合った制御ができるこ
と）と記憶手段による制御の長所（走査線全てに亙っ
て、装置構成を複雑にすることなく光束の集光位置の制
御ができること）を併せ持つ集光位置制御が可能にな
る。

［実施例］ 第１図は本発明の実施例の構成図であり、同図におい
て、１は半導体レーザーとコリメータレンズより成る光
源装置、２は光ビームの結像位置と光走査位置の少なく
とも一方の制御系、３は回転多面鏡、４は回転多面鏡３
の駆動モータ、５は走査レンズ系、６はシート状記録体
７（例えば、乾式銀塩シート等）を支持するドラム、7a
はシート状記録体７の一部に設けられた反射層、８はCC
D、MOS等の２次元撮像素子を用いた光ビーム検出器、９
は反射層7aからの走査光Ｌを光ビーム検出器８に再結像
させるための結像レンズ、11は光ビーム検出器８からの
出力信号と内部記憶情報に基づいて制御系２に対して制
御信号を発生させる制御回路である。

次に、上記実施例における光束Ｌの集光位置ずれの補
正制御方法、補正制御系を第２図乃至第５図を用いて説
明する。

第２図は結像光学系の像画湾曲によって生じる光束の
集光乃至結像位置ずれを示し（実線）、このずれ量は予
め知ることができるのでこれを第３図の制御回路11にお
けるメモリ（ROM）13に記憶させておく。そして、走査
角θに従って、このずれ量を補正する様に第１図の制御
系を制御駆動すれば、常に光ビームの結像位置を記録体
７面に対して一定の位置に保つことができる。

このことを、メリジオナル方向の像面湾曲を、主走査
方向に屈折力を有するシリンドリカルレンズの移動で補
正する例で説明する。

第４図は走査光学系の像面湾曲の一例を示す図であ
り、ΔＭ、ΔＳは夫々メリジオナル（走査面内の方向）
及びサジタル（副走査方向）像面湾曲を示し、θは走査
角（基準位置からのビーム角度で示す）を示す。像面湾
曲は、その曲線（ΔＭ、ΔＳ）が縦軸と交わる点で零に
なり、ビームが被走査面７上で結像することを表わす。
第４図の例でいえば、θ＝０゜と±30゜のときにメリジ
オナル像面湾曲（ΔＭ）が零になり、θ＝±10゜付近の
ときにサジタル画像湾曲（ΔＳ）が零になる。それ以外
の走査角では像面湾曲は零ではない。

そこで、第１図の走査光学系の像面湾曲が第４図の様
であったとする場合に、走査面内方向に屈折力を有する
シリンドリカルレンズを光軸方向に動かすと、近似的に
は第４図のメリジオナル像面湾曲（ΔＭ）のカーブのみ
が左右方向に平行移動する。何故ならば、シリンドリカ
ルレンズはメリジオナル方向に屈折力を持つているの
で、このレンズの移動によってメリジオナル方向の結像
点は移動するが、このレンズはサジタル方向には屈折力
を持たず平行平面ガラスと同等の効果しか持っていない
為、該レンズの移動によりサジタル方向の結像点は異動
しないからである。更に、該レンズの移動によって結像
点の移動だけが起こり、収差の変化はないと近似出来る
からである。

第４図は以上の模様を示す。シリンドリカルレンズの
移動によりメリジオナル像面湾曲の曲線がΔＭからΔ
Ｍ′へと移動し、他方ΔＳは不動である。この様に、曲
線ΔＭが移動することで被走査面上でメリジオナル方向
のピントが合う走査位置（走査角）も変化し、この位置
は第４図中の縦軸上に黒点と矢印で示し、そのときの走
査角θ_1M〜θ_7Mも示してある。

第４図より、走査角がθ_1M、θ_4M、θ_7Mのときにはメ
リジオナル像面湾曲がΔＭとなり、走査角がθ_2M、
θ_3M、θ_5M、θ_6Mのときにはメルジオナル像面湾曲がΔ
Ｍ′になるように、シリンドリカルレンズの位置を制御
すれば、これら７個所の走査角位置についてはメリジオ
ナル像面湾曲がなくなり、メリジオナル結像点を被走査
面上に一致させられ得ることが分かる。

従って、他の全ての走査角においても、同様に、走査
角（走査位置）とタイミングを合わせてシリンドリカル
レンズを適切な量だけ移動させることにより、メリジオ
ナル像面湾曲の曲線を移動させてその走査角でのメリジ
オナル像面湾曲量を零にし、メリジオナル方向の結像点
を被走査面上に一致させることができる。

以上の様にして、全走査角に亙ってメリジオナル像面
湾曲が補正され、メリジオナル方向の結像点を被走査面
７上に一致させられる。

しかし、以上の記憶情報による補正制御に際し、コリ
メータレンズの熱膨張等の原因により結像走査光学系の
焦点距離が変動すると、それに伴って光ビームの結像位
置も、例えば、第２図の破線の如く変化し、上述の記憶
情報のみでは補正制御できなくなる。

このとき、第１図に示す光ビーム検出器８によって、
第１図と第２図における反射層7aの区間を光ビームが走
査する間に、変化する前の光ビームの結像位置（第２図
の実線）に戻す様に（ずれ量Δｆを補正する様に）制御
系２を制御駆動しておけば、その後は、上述の様に記憶
情報によりシリンドリカルレンズなどを含む制御系２を
各走査角において補正制御ないし駆動することで走査ラ
イン全てに亙って光ビームの結像位置を記録体７に対し
て一定の位置に保つことができる。

尚、記憶する情報としては、上記は１例であり、結像
光学系の種々の収差等の偏差量に関する情報であっても
よく、結像位置の補正制御方法としては光源等を動かす
やり方もある。

第５図はドラム６の偏心等によって生じる光ビーム走
査位置ずれを示す（実線）。このずれ量も予め知ること
ができるので、第３図のROM13に記憶しておけばよい。
他方回転多面鏡３の軸倒れ、面倒れ等の原因によっても
光走査位置ずれが発生するが、これについては第５図に
おける反射層7aの区間を光ビームが走査する間に、上記
面倒れ等によって生じるずれ量Δｌを補正する様に、光
ビーム検出器８から得られた情報を基に第１図の制御系
２を制御駆動しておく。そして、上記結像位置ずれの場
合と同様に、その後は記憶情報により制御系２を制御駆
動して光ビーム走査位置を記録体７上の所定の一定位置
に保つ様にする。

光走査位置ずれについても、その補正制御方法は種々
あり、一般に光ビームの光軸を傾けることができる方
法、手段であればよい。

また、ROM13には制御系２に出力すべきデータそのも
のが記憶されていても良いし、結像手段の偏差量等その
ものを表現するデータが記憶されても良い。ROM13に後
者が記憶されている場合には、画像記録などの走査に先
立ってMPU14によって後者から前者が計算され、それをR
AM15に格納し、走査時にRAM15からこのデータを読み出
す様にすれば、制御系２に出力すべきデータそのものを
記憶している場合と同様に時間効率を上げることができ
る。

光ビーム検出手段についても、第１図の実施例では、
反射層7aを介して２次元撮像素子８にビームを導くこと
で観測し、その結果に基づいて光ビームの結像位置と走
査位置を検出していたが、この態様に限らずどの様な検
出手段であってもよい。

例えば、光ビームが記録体７上の所定の走査ラインか
らずれていたり、この走査線に対して傾いていたりする
ことは、走査ラインに沿って伸びる１対の光電変換素子
を前述の様に記録体７と光学的に略等価な位置に配置し
た構成の検出器で行なっても良い。所定の走査ラインに
沿って光ビームが走査されるときは上記１対の光電変換
素子に同量の光が検知されて、それを信号処理回路で処
理することで光走査位置が適正であることが検知され
る。しかし、光ビームが所定の走査ラインからずれる
と、一方の光電変換素子に多くの光量が検知され、それ
を処理回路で処理することでそのずれ程度が検知され
る。また、光ビームが走査ラインに対して傾くことは、
一方の光電変換素子から他方の光電変換素子へと検知さ
れる光量の大きさが変化し、その変化の程度を処理回路
で測ることで上記傾きの程度が検知される。

こうした光走査位置の検知情報に基づいて制御系２を
駆動することで光走査位置が適正に制御されることにな
るが、光走査位置を移動する手段としては光源、走査手
段、結像手段、被走査体の少なくとも一部を駆動する方
法など、一般に光軸を傾けることが可能な方法、手段で
あれば如何なるものでもよいことは上述した通りであ
る。

光ビームの結像状態を検出する手段としては、例え
ば、走査ラインに対して直角に伸びたスリット状の光電
変換素子を記録体７と光学的に略等価な位置に配置して
行なっても良い。

光ビームの結像位置が被走査面である記録体７に対し
て所定の関係にあれば、例えば、スリット状光電変換素
子では最大のピーク値が検出されたり、最小の分散の光
量分布のスポットとして検出されたり、最大の尖鋭度の
スポットとして検出されたりして、それを処理回路で処
理することで光ビームの結像位置が適正であることが検
出される。

そして、こうした結像位置の検出情報に基づいて制御
系２を駆動することで結像位置が適正に制御されること
になるが、この様な結像位置移動手段としても、光源、
走査手段、結像手段の少なくとも一部を駆動する方法な
ど、一般に結像系の焦点距離などを変えられる方法、手
段であればよい。

［発明の効果］ 以上説明した様に、以上の構成を持つ本発明では、有
限の処理時間の中で、装置構成を複雑なものにすること
なく、走査線全てに亙って、光ビームの結像位置を被走
査体の表面から一定の位置に保ったり、光ビームの走査
位置を被走査体上の所定の一定位置に保つことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成図、第２図は結像位置ず
れを説明する図、第３図は制御回路のブロックダイアグ
ラム、第４図は記憶情報に基づく補正制御を説明する
図、第５図は走査位置ずれを説明する図である。 １……光源装置、２……制御系、３……回転多面鏡、５
……走査レンズ系、６……ドラム、７……記録体、7a…
…反射層、８……光ビーム検出器、９……結像レンズ、
11……制御回路

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光束を走査手段と結像手段とを
   介して被走査体上に走査する光走査装置において、光束
   の結像位置を検出する検出手段と該検出手段からの情報
   に基づいて光束の結像位置を結像手段の光軸方向に制御
   する制御手段と、結像手段の持つ偏差量に関する情報を
   記憶する記憶手段とを有し、前記検出手段からの情報を
   基に光束の結像位置が被走査体から所定の位置に置か
   れ、更に前記記憶手段の情報を基に全走査線に亙って光
   束の結像位置が制御される光走査装置。
2. 【請求項２】光源からの光束を走査手段と結像手段とを
   介して被走査体上に走査する光走査装置において、被走
   査体上の光走査位置を検出する検出手段と、該検出手段
   からの情報に基づいて光走査位置を走査面に対して垂直
   な方向に制御する制御手段と、結像手段の持つ偏差量及
   び走査手段の持つ面倒れ及び被走査体の位置ずれの少な
   くとも１つを含むものに関する情報を記憶する記憶手段
   とを有し、前記検出手段からの情報を基に光束の光走査
   位置が被走査体上の所定の位置に置かれ、更に前記記憶
   手段の情報を基に全走査線に亙って光走査位置が制御さ
   れる光走査装置。
3. 【請求項３】被走査体上の光走査位置を検出する検出手
   段と、該検出手段からの情報に基づいて光走査位置を走
   査面に対して垂直な方向に制御する制御手段と、結像手
   段の持つ偏差量及び走査手段の持つ面倒れ及び被走査体
   の位置ずれの少なくとも１つを含むものに関する情報を
   記憶する記憶手段とを更に有し、前記光走査位置検出手
   段からの情報を基に光束の光走査位置も被走査体上の所
   定の位置に置かれ、更に前記面倒れ等記憶手段の情報を
   基に全走査線に亙って光走査位置も制御される請求項１
   記載の光走査装置。