JP4169528B2 - 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
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Description
【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ミング検出部と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1ms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で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走査ビームの点灯・点滅を制御した走査ビームの光路上に設けられた複数の光偏向手段で一走査の複数点で結像される走査ビームを偏向して所定の結像範囲内に複数点で結像させ、複数点で結像される走査ビームの光強度分布を1つの2次元エリア型の検出手段で2次元画像データとして取得し、取得した2次元画像データを画像処理手段で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走査光学系測定装置であって、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順次高倍率側に切り替えながら2次元画像データを取得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を有し、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出力する同期信号により位相同期させ、同期信号の立下りタイミングで画素クロック信号を生成し、生成した画素クロック信号により発光パターン記憶手段に記憶した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。
【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て所定の結像範囲内に複数点で結像させ、複数点で結像される走査ビームの光強度分布を1つの2次元エリア型の検出手段で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走査光学系測定方法であって、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順次高倍率側に切り替えながら2次元画像データを取得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58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12a,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12a,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12a,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12a,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,11c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11a〜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32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58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24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13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11a,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,12b,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13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13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LD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CPU21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、LD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600dpi相当の書込み密度で、1走査の周期が400μsec、有効走査期間率が70%の場合、
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CCD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110μsec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CCD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26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して、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50μm広がっており、実際のドット2点間の距離は150.05mm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51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57b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60a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51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31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して2次元画像データを取得し、取得した2次元画像データを画像処理手段で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とき、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順次高倍率側に切り替えながら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。
【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。
【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、
21;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 (13)
- LD発光パターン制御手段で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走査ビームの点灯・点滅を制御した走査ビームの光路上に設けられた複数の光偏向手段で一走査の複数点で結像される走査ビームを偏向して所定の結像範囲内に複数点で結像させ、複数点で結像される走査ビームの光強度分布を1つの2次元エリア型の検出手段で2次元画像データとして取得し、取得した2次元画像データを画像処理手段で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走査光学系測定装置であって、
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順次高倍率側に切り替えながら2次元画像データを取得することを特徴とする走査光学系測定装置。 - 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を有し、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出力する同期信号により位相同期させ、同期信号の立下りタイミングで画素クロック信号を生成し、生成した画素クロック信号により発光パターン記憶手段に記憶した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。
- 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。
- 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3のいずれかに記載の走査光学系測定装置。
- 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4のいずれかに記載の走査光学系測定装置。
- 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5のいずれかに記載の走査光学系測定装置。
- 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6のいずれかに記載の走査光学系測定装置。
- 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て所定の結像範囲内に複数点で結像させ、複数点で結像される走査ビームの光強度分布を1つの2次元エリア型の検出手段で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走査光学系測定方法であって、
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順次高倍率側に切り替えながら2次元画像データを取得することを特徴とする走査光学系測定方法。 - 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8記載の走査光学系測定方法。
- 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8又は9記載の走査光学系測定方法。
- 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。
- 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11記載の走査光学系調整装置。
- 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11又は12記載の走査光学系調整装置。
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