JPH01292311A - 走査光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は、光源からの光ビームを偏向器及びレンズ系を
介して走査面上を走査する走査光学装置に関し、特に混
度等の環境変動に起因する走査面上の光ビームの結像ス
ポットの焦点位置ずれを検出して補正する機構を備えた
走査光学装置に関するものである。

〔従来技術〕

近年、走査光学装置として、画像信号に応じてレーザ光
源を変調し、該変調されたレーザ光源からのレーザ光を
偏向器により周期的に偏向させ、レンズ系によって、感
光性の記録媒体上にスポット状に集束させ、露光走査し
て画像記録を行うレーザビームプリンタ装置が広く一般
に使用されている。

ところで、従来のレーザビームプリンタ装置では、環境
温度の変化によりレンズ系を構成する各部材が熱変形を
起し、感光体（走査面）上のレーザ光の収束位置がずれ
てしまい画質が低下するという欠点があった。

その欠点を解決する手段として、特開昭６０−１００１
１３号公報等に、走査面上の光ビームの結像スポットの
焦点位置ずれを検出して補正する機構を備えたレーザー
ビームプリンタ装置が開示しである。

ところでこの焦点位置調整機構の動作のタイミングであ
るが、タイマー等による間欠作動方法、または温度、湿
度等の環境の変化を検出するセンサを具備し、前記セン
サからの出力値が設定値を外れた時に作動を行う方式等
が考えられる。

しかし、上述のような方式では、頻繁に走査面上の光ビ
ームの収束位置を移動させる焦点位置調整機構を作動さ
せなければならない場合も考えられ、焦点位置調整機構
に負荷がかかるという欠点があった。

〔発明の概要〕

本発明の目的は、上記従来装置の欠点を解消し、焦点位
置調整機構に負荷がかかることなく常に安定した焦点ず
れの補正が可能な走査光学装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、光源からの光ビームを偏向器及び
レンズ系を介して走査面上を走査し、かつ、該走査面上
の光ビームの収束位置を移動させる焦点位置調整機構を
備えた走査光学装置において、画像信号に応じて前記光
源を変調し前記走査面上に画像の形成を行う直前に前記
焦点位置調整機構を作動させ焦点位置の調節を行い、そ
して、焦点位置の調節が終了した後、画像信号に応じて
前記光源を変調し前記走査面上に画像の形成を行うこと
によって達成される。

〔実施例〕

以下本発明を図示の実施例に基づいて説明するが、本発
明で述べる「画像信号に応じて光源を変調し走査面に画
像の形成を行う」とは、画像信号に応じて光源を変調し
走査面にあるまとまった１つの単位の画像の形成を行う
ことを示す。つまり、レーザービームプリンタ装置を例
にとれば、あるまとまった１つの単位の画像情報に対応
する所定枚数の紙をプリントアウトすることを示す。

第１図は本発明に係る走査光学装置の第１実施例の概略
構成を示す図である。同図において、■はレーザー光を
発生するためのレーザードライバであり、該レーザード
ライバに接続したレーザー光源としての固体レーザー素
子２をその発光信号に応じて明滅する。３は固体レーザ
ー素子２から放射されたレーザー光束を略平行光とする
コリメータレンズ系であり、後述する焦点調整手段４に
よりレーザー光の光軸方向である矢印Ａ方向に所定量だ
け移動可能となっている。５は回転多面鏡であり、矢印
Ｂ方向に一定速度で回転することにより、コリメータレ
ンズ系３から射出された平行光を反射して矢印Ｃ方向に
走査する。６ａ、　６ｂ、　６ｃは回転多面鏡の前方に
設けたｆθレンズ群であり、該多面鏡６により偏向され
たレーザー光束を結像するとともにその走査速度を被走
査面上において等速とする。Ｌはレーザー光束であり、
このレーザー光束りは反射鏡７を介して検出手段として
のＣＣＤ　（固体撮像素子）８上に導かれ、かつ被走査
面としての感光ドラム９上に走査される。尚、感光ドラ
ム９の周囲には不図示の現像器、−次及び転写帯電器、
定着器、クリーナ等が設けられており、感光ドラム９表
面に形成された潜像を公知の電子写真プロセスにより顕
像化して転写材に転写するようになっている。ＣＣＤ８
は前記矢印Ｃ方向に多数個の光検出器を感光ドラム９面
と光学的に等価な位置に配列して構成されており、レー
ザードライバｌ及び焦点調整手段４を制御する制御部１
０に接続しである。１１は画像処理部であり、レーザー
ドライバ１及び制御部１０に接続している。

以上の構成において、所望の画像を形成する場合、まず
画像処理部１１から制御部１０に焦点調整機構動作開始
信号Ｆを入力し、焦点調整機構の動作を開始する。

次にレーザー光束りの焦点位置調整機構の動作について
説明する。まず、制御部１０より作動信号をレーザード
ライバ１に入力し、該レーザードライバ１から第２図（
ａ）に示すような一定間隔でＯＮ。

ＯＦＦする矩形波を所定期間発生させ、固体レーザー素
子２をこの信号に応じて明滅させる。固体レーザー素子
２からのレーザー光は上記したように走査されるととも
に反射鏡７により反射され′、感光ドラム９と光学的に
等価な位置に配設したＣＣＤＢ上に投影、走査される。

制御部１０は、ＣＣＤ８上をレーず一光束りが走査する
前にＣＣＤ８各画素の蓄積電荷をリセットし、ｌライン
のスポット走査によりＣＣＤ８の各画素に電荷が蓄積さ
れた後にこの電荷を電気信号として読み出す。

固体レーザー素子２からレーザー光を明滅し一回走査す
ると、ＣＣＤ８は感光ドラム９と光学的等価な位置にあ
るので、ＣＣＤ８面上の露光分布は第３図に示したよう
にレーザー光束Ｔ、のスポット径に応じた強弱の分布形
状を示す。従って、ＣＣＤ８の各画素の出力は第２図（
ｂ）に示すような分布になり、その信号を制御部ＩＯに
送出する。制御部１０においては、ＣＣＤ８の出力の最
大値をθｍｍＸ　％最小値をθ而。とじてコントラスト
Ｖを の式により算出、測定する。

この場合、走査方向のスポット径が小さくなる程コント
ラストＶは大きくなるので、予め設定した値■。と（１
）式により算出したＶとを比較してＶが所定値Ｖ。と等
しくない場合には、制御部１０から焦点調整手段４へ駆
動信号を送出してコリメータレンズ系３を矢印Ａ方向へ
所定量移動させろ。

そして該コリメータレンズ系３を移動させた位置でそれ
ぞれ上記コントラストＶを測定し、この値と■ｏが等し
くなる位置でコリメータレンズ系３を固定すれば、光学
系の焦点ズレを補正してレーザー光束りの主走査スポッ
ト径を最小にすることができる。

第４図は焦点調整手段４を備えたコリメータレンズ系３
を拡大して示すものである。同図に示すように、フレー
ム４１に固体レーザー素子２、ステッピングモータ４２
、案内軸４５が設けられ、ステッピングモータ４２の軸
に加工がなされたり−ドネジ４３と案内軸４５によりコ
リメータレンズ系３は支持される。リードネジ４３の一
端部はフレーム４１に固定された軸受４４によって支持
される。また、コリメータレンズ系３には、リードネジ
４３と螺合する様めネジが設けられ、又案内軸４５と摺
接する保すべり軸受が設けられている。ここで、ステッ
ピングモータ４２は制御部ｌＯより駆動信号が入力され
ると駆動し、リードネジ４３は回動する。そして、リー
ドネジ４３の回動によりコリメータレンズ系３はレーザ
ー光の光軸方向である矢印Ａ方向に移動する。

以上述べたようにレーザー光束りを感光ドラム９と光学
的に等価な位置に配設したＣＣＤＢ上に結像してそのス
ポット径を検知し、該検知信号に基づいてコリメータレ
ンズ径３の位置を調整する構成としたことにより、温度
等の環境変動に起因するレーザースポット径の肥大化を
防止し得る。この結果、常に所望の大きさのスポットを
得ることができ、高密度及び高品位の画像を形成するこ
とができる。

そして、上述した焦点調整機構の動作が終了した後、つ
まり、焦点ずれの補正が終了した後、制御部１０から画
像処理部１１に焦点調整機構動作終了信号Ｇを入力する
。

画像処理部１１は上記動作終了信号Ｇの入力をうけて、
レーザードライバー１に画像信号Ｓを入力し、所定のタ
イミングで固体レーザー素子２を明滅させる。固体レー
ザー素子２から放射されたレーザー光はコリメータレン
ズ系３により略平行光に変換され、さらに矢印Ｂ方向に
回転する回転多面鏡５により矢印Ｃ方向に走査されると
共にｆθレンズ群６ａ、　　６ｂ。

６ｃにより感光ドラム９上にスポット状に結像される。

そして、このようなレーザー光束りの走査により感光ド
ラム９表面には画像−走査分の露光分布が形成され、さ
らに各走査ごとに感光ドラム９を所定■回転して該ドラ
ム９上に画像信号Ｓに応じた露光分布を有する潜像を形
成し、周知の電子写真プロセスにより記録紙上に顕画像
として記録する。

以上説明した本発明の構成をとれば、画像の形成を行う
直前に焦点位置調整機構を作動させるので、焦点位置調
整機構に負荷がかかることなく常に安定した焦点ずれの
補正が可能である。

本発明の作動を第５図に示すフローチャートを元に詳細
に説明を行なう。ここで、コリメータレンズ系の移動可
能な位置に、光学系の焦点ずれを補正してレーザー光束
のスポット径を最小にすることができる位置があるもの
とする。

まず、画像形成動作を開始すると、画像処理部１１から
制御部１０に焦点調整機構動作開始信号Ｆを入力し、焦
点調整機構の動作を開始する。

回転多面鏡７を回転させ、レーザー素子を明減点燈させ
る。そして、検出器（ＣＯＤ）の出力よりコントラスト
Ｖの値を求める。

ここで予め設定したコントラストの値Ｖ。と現在のコン
トラストの値Ｖとを比較する。ｖｏとＶが等しい場合、
つまり、走査スポット径が最小となる位置にレンズ系が
ある場合にはレーザービームの収束位置を移動させる必
要がないため、焦点調整機構の動作は終了する。

ｖｏとＶが等しくない場合、つまり、走査スポット径の
大きさが変化した場合にはレンズ系を移動して走査スポ
ットの焦点ずれを補正する必要がある。まずレンズ系の
送りが可能か否か判別し、可能なら、レンズ系をｌ５ｔ
ｅｐ送って、再び予め設定したコントラストの値Ｖ。と
現在のコントラストの値Ｖとを比較する。そしてＶ。と
Ｖの値が等しくなるまで上記のシーケンスを繰り返し、
２つの値が等しくなった時点でレンズ系の移動を停止し
て、焦点調整機構の動作を終了する。ここで、上述のシ
ーケンスを繰り返しレンズ系の送りｅｎｄ位置まできて
しまった場合にはレンズ系の移動の方向があやまってい
たことになる。よって、その場合にはレンズ系を１ｓｔ
ｅｐ戻して、再び予め設定したコントラストの値Ｖ。と
現在のコントラストの値Ｖとを比較する。そしてｖｏと
Ｖの値が等しくなるまで上記のシーケンスを繰り返し、
２つの値が等しくなった時点でレンズ系の移動、レーザ
ー素子の明減点燈を停止して、焦点調整機構の動作を終
了する。

また、上記シーケンスにおいては、予め設定したコント
ラストの値Ｖ。と現在のコントラストの値Ｖが等しくな
るようシーケンスを行っていたが、実際問題、ｖｏとＶ
の値を等しく制御することは困難であり、ＩＶ−ｖｏｌ
くＲ（Ｒは所定の値）となるようシーケンスを行っても
よい。

そして焦点調整機構の動作が終了した後、つまり焦点ず
れの補正が終了した後、制御部１０から画像処理部１１
に焦点調整機構動作終了信号Ｇを入力する。

画像処理部１１は上記動作終了信号Ｇの入力をうけて、
レーザードライバー１に画像信号Ｓを入力し、所定のタ
イミングで固体レーザー素子２を明滅させ走査面に画像
の形成を行なう。

そして画像信号Ｓの出力が終了すると、レーザードライ
バ１の作動、回転多面鏡７の回転は終了し、画像形成動
作は終了する。

以上の第５図に示すフローチャートでは、回転多面鏡が
回転し固体レーザー素子が明減点燈始めるとただちにＣ
ＣＤ　（検出器）の出力よりコントラストｖの値を求め
ていた。しかし、回転多面鏡が回転し固体レーザー素子
が明減点燈始めた後、一定時間経過した後、コントラス
トＶの値を求めシーケンスを開始させる方が望ましい。

つまり、一定時間たって装置内の温度が十分立ち上がっ
てからの方が、より実際の画像形成中の環境状態に近い
状態モ焦点ずれの補正を行なえるからである。もちろん
、装置内に温度を検出するセンサを設け、そのセンサの
出力が所定値（画像形成中の温度に対応する値）に達し
た後、コントラストＶの値を求めシーケンスを開始して
も同様の効果が得られる。

以上の第１図に示す例においては、走査面上の光ビーム
の収束位置を移動させる手段として、コリメータレンズ
系を移動させ、また走査面上の光ビームの収束状態を検
出する手段として感光ドラムと光学的に等価な位置に配
した検出器（ＣＣＤ）を用いているが、光ビームの収束
位置を移動させる手段、光ビームの収束状態を検出する
手段についてはその他の公知の技術を用いてもよい。

光ビームの収束位置を移動させる手段としては、特開昭
６０−１００１１３号公報のようにコリメータレンズと
回転多面鏡の間に配した凸レンズを移動させるもの、特
開昭５９−１１６６０３号公報のようにレーザー光源ま
たは結像レンズを移動させるもの、特開昭６０−１１２
０２０号公報のように走査レンズと走査媒体の光学的距
離を可変するもの、特開昭６１−２７５８６８号公報の
ようにレーザーのパワーを可変するもの等が考えられる
。また、光ビームの収束状態を検出する手段としては、
特開昭６０−１００１１１号公報のようにレンズの近傍
に該レンズの温度を検出する手段を配し、該検出手段か
らの信号により感光ドラム上の光ビームの収束状態を検
出することも考えられる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は従来の走査面上の光ビー
ムの収束位置を移動させる焦点位置調整機１７．７を備
えた走査光学装置において、画像信号に応じて光源を変
調し走査面上に画像の形成を行う直前に焦点位置調整機
構を作動させ焦点位置の調節を行い、そして、焦点位置
の調節が終了した後、画像信号に応じて光源を変調し走
査面上に画像の形成を行うことによって、（１）焦点位
置調整機構に負荷がかかることなく常に安定した焦点ず
れの補正が可能である、（２）画像の形成の直前に焦点
ずれの補正を行うので常に高密度な安定した画像の形成
が可能である等の効果を有するものである。

・１４図面の簡単な説明 第１図は本発明に係る走査光学装置の実施例を示す概略
図、第２図（ａ）、　　（ｂ）は同実施例における調整
動作中における信号を示すものであり、同図（ａ）はレ
ーザードライバからの信号を示すグラフ、同図（ｂ）は
ＣＣＤからの出力信号を示すグラフ、第３図はレーザー
光のスポット径と露光分布との関係を示すグラフ、第４
図は焦点位置調整のためコリメータレンズ系を移動する
機構を示す拡大図、第５図は本発明の詳細な説明するフ
ローチャートである。

１・・・・・・・・・・・・レーザードライバ２・・・
・・・・・・・・・固体レーザー素子３・・・・・・・
・・・・コリメータレンズ系４・・・・・・・・・・・
・・・焦点調整手段７・・・・・・・・・・・・・・・
・・反射鏡８・・・・・・・・・・・・ＣＣＤ　（検出
手段）９・・・・・・・・・・・・・・・感光ドラム１
０・・・・・・・・・・・・・・・・・制御部１１　・
・・・・・・・・・・・・・・画像処理部室２画 （ａ）　　　　　　　　　　　　　（し）７３図 ・１−←−１；λＬ１【ス、ｆント祿　□）（二上１万
Ｍ−→

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源からの光ビームを偏向器及びレンズ系を介し
   て走査面上を走査し、かつ、該走査面上の光ビームの収
   束位置を移動させる焦点位置調整機構を備えた走査光学
   装置において、 画像信号に応じて前記光源を変調し前記走査面上に画像
   の形成を行う直前に前記焦点位置調整機構を作動させ焦
   点位置の調節を行い、そして、焦点位置の調節が終了し
   た後、画像信号に応じて前記光源を変調し前記走査面上
   に画像の形成を行うことを特徴とする走査光学装置。