JPH02140710A - 画像形成装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光ビームを照射して画像を形成する画像形
成装置に係り、特に光ビームの焦点を調整する装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

近年、レーザビームプリンタ等の画像形成装置の画像品
質の向上が要求され、印字画像の高精度化、すなわち解
像度等が２４０，３００，４００ＤＰＩといった具合に
進んでいる。このため、印字する画素を小さくしなけれ
ばならず、光ビームのスポット径を小さくする必要が生
じてきた。

第１３図は従来の画像形成装置の構成を説明する斜視図
である。

この図において、５１は画像信号（ＶＤＯ）で、レーザ
ユニット５２に入力される。５３は前記レーザユニット
５２により０Ｎ１０ＦＦ変調されたレーザビーム、５５
はモータで、ポリゴンミラー５６を定速回転させる。５
９は集光レンズで、レーザビーム５３を感光ドラム５８
上に焦点を結ばせる。５７はｆθレンズで、レーザビー
ム５３が感光ドラム５８上を一定速度で走査するように
ｆθ補正する。従って、画像信号５１により変調された
レーザビーム５３．５４は感光ドラム５８上に水平走査
される。６０はビーム検知手段となる、例えばフォトダ
イオードで構成される光電変換素子で、画像書込みタイ
ミングとなる光ビーム位置検出信号（ビームデイテクト
信号ＢＤ）６１を出力する。６２は転写紙で、図示しな
い現像器および転写帯電器により現像された画像が転写
された状態に対応する。

第１４図は、第１３図に示した画像形成装置の画像書込
みタイミングを説明するタイミングチャートである。

光ビーム位置検出信号（ＢＤ倍信号６１が検知されると
、所定時間Ｔ経過後、画像信号５１に応じた画像記録処
理を１ライン単位に実行し、現像、転写、定着の各プロ
セスを経てｊ１％−トコピーを得る。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の画像形成装置は上記のように構成されており、特
に集光レンズ５９はあらかじめ感光ドラム５８上に、焦
点を結ぶ位置に調整されて固定配置されているため、外
部から加わる信号や温度変化等で物理的な歪が生じ、焦
点がずれるという極めて重大な問題点があった。このた
め、−旦焦点位置がほんの僅かずれてしまっても、印字
品位が大幅に低下し、印字品位の高精細化という要求に
も対応できな（なるといった問題も発生する。

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたも
ので、レーザビームの焦点位置ずれを検知して自動調整
することにより、常に良好なスポット径を保持した状態
でレーザービームを感光体に結像できる画像形成装置を
得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る画像形成装置は、集光手段を光ビームの
照射方向に対して前後に移動させる移動手段と、感光体
に主走査される所定の光ビーム位置を検出するビーム位
置検出手段と、このビーム位置検出手段の出力をモニタ
しながら移動手段の駆動を制御して、集光手段の位置を
自動調整する位置調整手段とを設けたものである。また
、位置調整手段はビーム位置検出手段から出力されるパ
ルスをカウントしてまたは光ビームの光強度を検知して
集光手段の位置を調整する。

〔作用〕

この発明においては、位置調整手段は、ビーム位置検出
手段の出力を位置ずれ検知手段がモニタしながら移動手
段の駆動を制御し、集光手段の位置を光ビームの照射方
向に対して前後に移動して自動調整し、光ビームの集光
位置を適正位置に調整する。その際、ビーム位置検出手
段から出力される光強度またはパルス信号を検知して、
集光手段の位置を自動調整する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す画像形成装置の構成
を説明するブロック図であり、１は画像信号で、図示し
ない外部装置より入力される。

２はレーザユニットで、画像信号１により０Ｎ１０ＦＦ
変調された変調ビーム３を出射する。４は集光レンズで
、後述する移動機構によりレーザ出射方向に耐して前後
に移動可能に構成されており、レーザユニット２より出
射された変調ビーム３の焦点を感光ドラム８に合せる位
置に自動調整される（調整動作については詳細に後述す
る）。

５はスキャナモータで、ポリゴンミラー６を一定速度で
回転させ、変調ビーム３を偏向する。

７はｆθレンズで、変調ビーム３が感光ドラム８上を一
定速度で走査するようにｆθ補正する。

９はこの発明のビーム位置検出手段を構成する光電変換
部で、主走査される変調ビーム３を画像書き出し直前に
検知するとともに、プリント開始時に強制点灯されなが
ら走査されるレーザ光を検知し、その検知信号（ＢＤＯ
信号とも呼ぶ）１０をプリンタ制御手段に出力する。

なお、後述するＣＰＵは位置調整手段を兼ねており、光
電変換部９の出力をモニタしながら移動機構の駆動を制
御し、集光レンズ４の位置を光ビームの照射方向に対し
て前後に移動して自動調整し、光ビームの集光位置を適
正位置に調整する。

１１１才記録媒体となる転写紙で、矢印方向に搬送され
る。

第２図は第１図に示した光電変換部９の構成を説明する
断面図であり、９ａはスリット部で、スリット８１〜Ｓ
４と遮光部Ｓｄより構成されている。なお、スリット数
は４個に限定されることなく、検出するビーム位置の数
に依存して決定される。９ｂはフォトダイオードで、ス
リット８１〜Ｓ４を介して順次透過されるレーザ光を検
知して、第３図に示す電気信号変換回路からＢＤＯ信号
１０を順次出力する。なお、図中の矢印はレーザ光の走
査方向を示す。

第３図は、第２図に示したフォトダイオード９ｂを電気
信号に変換する回路図であり、１３は電流検出抵抗器で
、レーザビーム（変調ビーム）３が当たることにより、
フォトダイオード９ｂに流れる電流を検出して検知電圧
Ｖに変換する。

１４はコンパレータで、基準電位Ｖｓと上記電流検出抵
抗器１３によって検出されたＡ点の検知電圧■とを比較
し、パルス信号たるＢＤＯ信号１０をポートＢ（Ｂ点）
より出力する。

第４図は、第３図の動作説明図であり、レーザの１主査
に対して、正常時には、例えば４個のＢＤＯ信号１０（
パルスＢＤＯＩ〜ＢＤＯ４）を出力する。

また、第１図に示した集光レンズ４は、第５図に示すよ
うに、レーザビーム３の照射方向に前後移動可能な構成
となっている。

第５図は、第１図に示した集光レンズ４の移動機構を説
明する斜視図であり、第１図と同一のものには同じ符号
を付しである。

この図において、２４はステッピングモータで、後述す
る制御手段により所定パルス数だけ回転する。２５はギ
アボックスで、ステッピングモータ２４の回転角に対し
て集光レンズ４の移動量が微小になるように構成されて
いる。

次に第６図（ａ）、（ｂ）を参照しながら集光レンズの
焦点位置調整制御動作について説明する。

第６図（ａ）、（ｂ）は、第１図に示したビーム検出手
段９から出力されるＢＤＯ信号１０の出力特性を説明す
る図であり、同図（ａ）は集光レンズ４が正常な焦点位
置に位置決めされた場合に対応し、同図（ｂ）は集光レ
ンズ４の焦点位置がずれた場合に対応する。

ビーム検知手段９上を走査されたレーザビーム３はスリ
ットＳ１上に到達する時にフォトダイオード９ｂによっ
て検出され、その時のＡ点での検知電圧Ｖ（第３図参照
）は基準電位Ｖｓとなり、Ｂ点の出力はＬレベルとなる
。次にスリットＳｌを通過した後、遮光部Ｓｄ上にレー
ザビーム３が到達すると、遮光部Ｓｄによって遮光され
、Ａ点での検知電圧Ｖは、Ｖ＜Ｖｓとなり、Ｂ点での出
力はＨレベルとなる。次に再びスリットＳ。

上に到達すると、フォトダイオード９ｂによって検出さ
れたＡ点での検知電圧Ｖ＜Ｖｓとなり、Ｂ点の出力はＬ
となる。従って、焦点があっていればＢＤＯ信号１０は
計４個のパルス（第６図（ａ）参照）が出力される。

一方、レーザビーム３の焦点がずれている時の検知電圧
Ｖは、第６図（ｂ）に示されるように、ビーム検知手段
９上を走査されたレーザビーム３は、スリットＳ１上に
到達する時に、フォトダイオード９ｂによって検出され
、その時のＡ点での検知電圧Ｖは、Ｖ＞Ｖｓとなり、Ｂ
点の出力はＬレベルとなる。次にスリットｓ１を通過後
、遮光部Ｓｄ上にレーザビーム３が到達するが、この時
レーザビーム３の焦点が合っていないために、スリット
Ｓ、、Ｓ、の両方からレーザビーム３が入光してしまい
、Ａ点での検′知電圧Ｖは、依然として−Ｖ＞Ｖｓのま
まであり、Ｂ点での出力も依然としてＬレベル状態を維
持する。そして、その後スリットＳ、上にレーザビーム
３が到達すると、フォトダイオード９ｂによって検出さ
れＡ点での検知電圧Ｖは同様にＶ＞Ｖｓとなり、Ｂ点で
の出力はＬレベルとなる。

従って、焦点の外れたレーザビーム３がビーム検知手段
９上を走査すると、ビーム検出信号９から出力されるＢ
ＤＯ信号１０の出力数は１個となる。

これらの焦点状態出力特性から、ＢＤＯ信号１０の出力
数をカウントすることにより、集光レンズ４の位置のず
れを判定することができる。

また、とともに、ＢＤＯ信号１０の出力数があらかじめ
設定されたスリット数分検出されるまで、ステッピング
モータ２４を第７図に示す制御手段により正逆転駆動制
御（例えば第８図に示すフローチャート）すれば、適正
焦点位置に集光レンズ４を自動位置決めすることが可能
となる。

第７図はこの発明による位置調整手段の構成を説明する
制御ブロック図であり、第１図と同一のものには同じ符
号を付しである。

この図において、２６はカウンタで、ＣＰＵ２７からの
サンプリング開始信号（ＳＡＭＰ）２８に同期してビー
ム検知手段９から出力されるＢＤＯ信号１０のカウント
を開始する。カウンタ２６にはあらかじめ所定のカウン
ト値（この実施例では「４」）が設定されており、ＢＤ
Ｏ信号１０のカウント値と設定値とが一致しないときに
エラー信号（ＥＲＲ）２９を出力する。３０はステッピ
ングモータ駆動手段で、ＣＰＵ２７からのステッピング
モータ駆動信号３１により所定パルス数だけステッピン
グモータ２４を駆動する。

第８図はこの発明による第１の焦点調整制御手順の一例
を示すフローチャートである。なお、（１）〜（１５）
は各ステップを示す。

ＣＰＵ２７は、まず所定のタイミングでスキャナモータ
６を駆動しく１）、スキャナモータ６が所定回点数に到
達すると、すなわち、スキャナレディ信号（ＲＤＹ）が
出力されるのを待機しく２）、スキャナレディ信号（Ｒ
ＤＹ）が出力されたら、レーザユニット２を強制的にＯ
Ｎする（３）。

次いで、ＢＤＯ信号１０の検出タイミングになるのを待
機しく４）、検出タイミングにカウンタ２６に対してサ
ンプリング開始信号２８を出力する（５）。次いで、エ
ラー信号２９がカウンタ２６より出力されたかどうかを
判断しく６）、ＹＥＳならばサンプリング開始信号２８
をＯＦＦしく７）、正回転フラグが立っているかどうか
を判断しく８）　　Ｎｏならばステッピングモータ２４
を１ステップ正回転しく９）、集光レンズ４が所定量移
動したかどうかを判断しく１０）、Ｎｏならばステップ
（４）に戻り、ＹＥＳならば正回転フラグを０ＦＦＬ、
て（１１）、ステップ（４）に戻る。

一方、ステップ（８）の判断で、ＹＥＳの場合はステッ
ピングモータ２４を１ステップ逆回転しく１２）、集光
レンズ４が所定量移動したかどうかを判断しく１３）　
　Ｎｏならばステップ（４）に戻り、ＹＥＳならば正回
転フラグをＯＮしく１４）、ステップ（４）に戻る。

一方、ステップ（６）の判断で、Ｎｏならばサンプリン
グ開始信号２８を０ＦＦＬ（１５）、処理を終了する。

このように、カウンタ２６がエラー信号２９を出力した
ら、ＣＰＵ２７はステッピングモータ駆動手段３０に正
逆転信号３２を出力すると同時に、ステッピングモータ
駆動信号３１を１クロツク出力する。その後、ステップ
（４）に戻り、ＢＤＯ信号１０が入って（るタイミング
でカウンタ２６にサンプリング開始信号２８を出力し、
エラー信号２９をモニタする。そして、ステッピングモ
ータ２４を所定回転数、すなわち集光レンズ４を所定量
動かしてもエラー信号２９が解消されなかった場合は、
正逆転信号３２を逆転し、同様の動作を繰り返す。やが
てカウンタ２６からのエラー信号２９がＦａｌｓｅにな
る位置、すなわちＢＤＯ信号１０が４パルス検出できる
位置を検出すると、集光レンズの焦点が合ったと判断し
、一連の制御ルーチンを抜ける。

このような上記ステップ（１）〜（１５）に示す制御を
実行することによって感光ドラム８上にレーザビーム３
の焦点を結ぶことができる。

〔第２の実施例〕　　　　　− 第９図は、第２図に示したフォトダイオード９ｂを電気
信号に変換する他の回路図であり、第２図と同一のもの
には同じ符号を付しである。

この図において、ＯＰはオペアンプで、抵抗器Ｒにより
負帰還回路を構成し、フォトダイオード９ｂからの出力
を増幅する。Ｄはダイオードで、ＢＤＯ信号１０を脈流
する。Ｃはホールドコンデンサで、ＣＰＵ２７から出力
されるサンプルホールド信号ＳＨにより入切するスイッ
チＳ１の動作に基づいてピーク値をホールドする。４０
はＡ／Ｄ変換器で、ホールドコンデンサＣに充電された
ピーク電圧をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ２７に出力する。

第１０図（ａ）、（ｂ）はビーム検知手段９の検知電圧
特性を説明する図であり、同図（ａ）は集光レンズ４の
焦点位置が正常な場合に対応し、同図（ｂ）は集光レン
ズ４の焦点位置がずれている場合に対応する。

この図から分るように、集光レンズ４の焦点位置がずれ
ると、同図（ｂ）に示すように、レーザビーム３の光は
広範囲に分布するため、スリットを通過する時のレーザ
ビーム３の光量は、焦点が合っている場合と比較して小
さ（（Ｖ＋　＞Ｖｔ　）なる。そこで、レーザビーム３
の光量レベル変化を電圧信号として捕えて、その電圧信
号をモニタすれば、集光レンズ４の焦点位置を第１１図
に示す回路により決定することが可能となる。

第１１図はこの発明による他の位置調整手段の構成を説
明する制御ブロック図であり、第１図と同一のものには
同じ符号が付しである。

この図において、３３はピークホールド回路で、ビーム
検知手段９の検知電圧Ｖのピーク値をＣＰＵ３４からの
サンプルホールド信号３５に同期してサンプリング開始
する。３６はＡ／Ｄ変換器で、ピークホールド回路３３
にホールドされた検知電圧Ｖのピーク値を所定ビットに
Ａ／Ｄ変換してＣＰＵ３４に出力する。

なお、ＣＰＵ３４には、第１０図（ａ）に示した基準電
圧Ｖ、に対応するディジタルデータが記憶されている。

以下、第１２図に示すフローチャートに基づいて動作に
ついて説明する。

第１２図はこの発明による第２の焦点調整制御手順の一
例を示すフローチャートである。なお、（１）〜（１１
）は各ステップを示す。

ＣＰＵ３４は、所定のタイミングでスキャナモータ５を
駆動しく１）、スキャナモータ５が定速回転（レディ信
号送出）するのを待機しく２）、レーザユニット２を強
制的にＯＮする（３）。

次にＢＤＯ信号１０が入って（るべきタイミングを待機
しく４）、入ってくるべきタイミングでピークホールド
回路３３にサンプルホールド信号３５を出力して（５）
、ピークホールド回路３３に検知電圧Ｖをホールドさせ
る。ピークホールド回路３３にホールドされた検知電圧
ＶはＡ／Ｄ変換器３６によりＡ／Ｄ変換されＣＰＵ３４
に送られる。

次いで、ＣＰＵ３４は変換値を読み込み、メモリ内容と
比較する（６）。初めはメモリ内容は「０」なので、変
換値そのものがメモリに記憶される（７）。次いで、サ
ンプルホールド信号３５を０ＦＦＬ　（８）　、ステッ
ピングモータ２４を１ステップ回転させ（９）、ステッ
プ（４）に戻り、次のＢＤＯ信号検出タイミングを待つ
。そして、次のＢＤＯ信号検出タイミングで再び、サン
プリングを開始し、変換値とメモリ内容とを比較する。

今回の変換値が直前の変換値よりも大きければ逐次メモ
リ内容を更新する。

以上の動作を繰り返し行い、初めて変換値がメモリ内容
よりも小さくなったとき、すなわちホールド電圧がピー
クを過ぎた場合（ステップ（５）の判断で、Ｎｏの場合
）　１ステツプ前の値がピーク値と判断してステッピン
グモータ２４を１ズテツブ逆回転させる（１０）。次い
で、サンプルホールド信号３５を０ＦＦＩ、（１１）　
、処理を終了する。

上記のように制御を行うことによって、感光ドラム８上
にレーザビーム３は焦点を結ぶことができる。

なお、上記実施例では、賓光手段の位置調整制御実行時
期については特に限定していないが、最適な画像を記録
するため、電源投入時および連続プリント開始直前また
は環境温度変動を捕えて実行すれ＋２さらに緻密な制御
が可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明は集光手段を光ビームの
照射方向に対して前後に移動させる移動手段と、感光体
に主走査される所定の光ビーム位置を検出するビーム位
置検出手段と、このビーム位置検出手段の出力をモニタ
しながら移動手段の駆動を制御して、集光手段の位置を
自動調整する位置調整手段とを設け、ビーム位置検出手
段がら出力されるパルスをカウントしてまたは光ビーム
の光強度を検知して集光手段の位置を調整するように構
成したもので、本来ビーム位置を検出するビーム位置検
出手段の出力から集光手段の焦点位置を自動調整できる
。従って、何らかの原因で集光手段の位置が基準位置よ
りもずれても、常に最適な位置に調整でき、高精細な画
像を記録するに相応しい光ビームを感光体に結像できる
優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す画像形成装置の構成
を説明するブロック図、 第２図は、第１図に示した光電変換部９の構成を説明す
る断面図、 第３図は、第２図に示したフォトダイオード９ｂを電気
信号に変換する回路図、 第４図は、第３図に示した電気変換回路出力を示す図、 第５図は、第１図に示した集光レンズ４の移動機構を説
明する斜視図、 第６図（ａ）、（ｂ）は、第１図に示したビーム検出手
段９から出力されるＢＤＯ信号１０の出力特性を説明す
る図、 第７図はこの発明による位置調整手段の構成を説明する
制御ブロック図、 第８図はこの発明による第１の焦点調整制御手順の一例
を示すフローチャート、 第９図は、第２図に示したフォトダイオード９ｂを電気
信号に変換する他の回路図。 第１０図（ａ）、（ｂ）はビーム検知手段９の検知電圧
特性を説明する図、 第１１図はこの発明による他の位置調整手段の構成を説
明する制御ブロック図、 第１２図はこの発明による第２の焦点調整制御手順の一
例を示すフローチャート、 第１３図は従来の画像形成装置の構成を説明する斜視図
、 第１４図は、第１３図に示した画像形成装置の画像書込
みタイミングを説明するタイミングチャートである。 図中、ｌは画像信号、２はレーザユニット、３は変調ビ
ーム（レーザビーム）、４は集光レンズ、５はスキャナ
モータ、６はポリゴンミラー７はｆθレンズ、８は感光
ドラム、９は光電変換部、１０はＢＤＯ信号である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部装置からの画像信号により変調された光ビー
   ムを照射する光ビーム照射手段と、この光ビーム照射手
   段により照射された光ビームを集光する集光手段と、こ
   の集光手段により集光された光ビームを感光体上に水平
   走査する走査手段とを有する画像形成装置において、前
   記集光手段を前記光ビームの照射方向に対して前後に移
   動させる移動手段と、前記感光体に主走査される前記所
   定の光ビーム位置を検出するビーム位置検出手段と、こ
   のビーム位置検出手段の出力をモニタしながら前記移動
   手段の駆動を制御して、前記集光手段の位置を自動調整
   する位置調整手段とを具備したことを特徴とする画像形
   成装置。
2. （２）位置調整手段は、ビーム位置検出手段から出力さ
   れるパルスをカウントして集光手段の位置ずれを調整す
   ることを特徴とする請求項（１）記載の画像形成装置。
3. （３）位置調整手段は、光ビームの光強度を検知して集
   光手段の位置ずれを調整することを特徴とする請求項（
   １）記載の画像形成装置。