JPH0293559A - レーザービームプリンタ装置 - 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） 本発明はレーザービームを走査するレーザービームプリ
ンタ装置に関し、特に温度等の環境要素の変動に起因す
るレーザービームの結像スポットの焦点ずれを検出して
補正するレーザービームプリンタ装置に関する。

（従来の技術） 近年、レーザービームを走査し、このレーザービームの
明滅により感光体上に静電潜像を形成して所望の画像を
記録するレーザービームプリンタ装置（以下り、Ｂ、Ｐ
装置という）が広く一般に使用されてきている。この従
来装置のレーザースキャナを第５図に示す０画像信号を
受けたレーザードライバ１０１は所定のタイミングで固
体レーザー素子１０２を明滅させ、この固体レーザー素
子１０２から放射されたレーザービームはコリメータレ
ンズ系１０３によって平行な光にされ、さらに矢印Ｂ方
向に回転する回転多面鏡１０４によって反射されｆθレ
ンズ群１０５によって被走査面（感光体ドラムの表面）
１０６にスポット状に結像される。

前述のＬＢＰ装置におけるレーザースキャナにより高走
査密度の記録をおこなうためには、図の被走査面１０６
に結像するスポットの大きさを記録すべき走査密度に応
じて小さくする必要がある。そして、例えば１画素毎に
明滅するガウススポットを走査した場合、被走査面１０
６上における露光分布は、被走査面１０６上のスポット
径の大小によって第６図に示すように変化する。すなわ
ち、主走査方向のスポット径が小さい場合そのレーザー
光による露光分布は明滅のタイミングに合った矩形波（
図示せず）に近く、コントラストも高い。しかしスポッ
ト径が大きくなるにつれレーザー光が隣接画素に侵入し
、露光部分が小さく、かつコントラストが低くなるので
出力画像の品位を劣化させることとなる。

従って例えば走査密度８００　ｄｐｉ　　（３２ｄｏｔ
ｓ／ｍ＋ｓ）という高解像力のプリンタを構成する場合
、前記コントラストを必要な値である８０％にするため
には、感光体上に結像するスポットの大きさを４０ルｍ
（ガウス分布スポット、１　／　ｅ　２直径）程度以下
に抑えなければならない。

一方、このような微小な径のレーザースポットを得るた
めには、一般にＦナンバーの大きな結像光学系が必要で
あるが、このＦナンバーの値が大きくなると、該結像光
学系の焦点深度が非常に浅くなることは周知のとおりで
ある。

例えば前記主走査方向の直径が４０Ｂｍの結像スポット
を走査可能なレーザースキャナ装置においては結像光学
系の焦点位置を被走査面１０６の前後±０．８１という
極めて小さな範囲内に納めなければならない。

しかしながら、前記従来例のような走査光学系を実際に
構成した場合１例えば環境温度の変化により該光学系を
構成する各部材が熱変形を起こし、焦点面が前記焦点深
度を超えて移動することにより、スポット径が所望の値
より大きくなってしまうことがある。

そしてそのような場合、上記従来例にあっては各部材の
位置が固定されているので被走査面１０６上のコントラ
ストが低くなってしまい、画像を形成する際の画質が劣
化してしまうという問題点を有していた。

また、前述したような微小スポットを使用する場合だけ
でなく、コスト的な利点よりレーザー光学系の材料をガ
ラスからＰＭＭＡ系の樹脂に変えた場合も吸湿により指
脂の屈折率が変化し同様に焦点移動を生じる問題点も有
していた。

前述のレーザースキャナが温度や湿度の環境要素の変化
によって生じる結像位置のずれ（焦点ずれ）を防止して
画質の低下を防ぐために、走査されるレーザービームを
もとに検出する焦点ずれ検出手段と前記検出手段からの
信号をもとに焦点ずれ補正用レンズを光軸方向に沿って
移動し焦点の合う位置をさがし、常に感光体に焦点が合
うように構成された所謂オートフォーカス機構を具備し
たレーザースキャナ装置が、特公昭６０−９２４３、開
閉６１−１０７８９、開閉６１−１０７７０、開閉６１
−４８０８３、開閉６２−８１８７３、開閉６２−８１
８７４、開閉５９−１１６６０３、開閉６０−１００１
１３、開閉８０−１１２０２０、実公昭５９−１０１２
１８、開閉６０−９０４１８等に提案されている。

（発明が解決しようとする課題） 以上の従来例におけるレーザービームのオートフォーカ
ス（以下ＡＦという）Ｉａ構においては、感光体に走査
されるレーザービームをもとにレーザービームの焦点が
感光体表面に合致しているか否かを検出し、焦点ずれ補
正用移動部であるレンズや半導体レーザー素子をアクチ
ュエータを用いて移動させ常に感光体表面にレーザービ
ームの焦点が合致するように作動している。

レーザービーム簿の焦点ずれ検出方法としては、レーザ
ービームスポット径やレーザービームスポットの光量を
もとに焦点ずれを判断しているが、いずれの検出方法に
おいても検出時のレーザービーム焦点が感光体表面に対
して何Ｉずれているか、感光体表面に対して前ピン（焦
点ずれ補正移動部が前進移動すればよい）なのか後ビン
（同じく後退移動すればよい）なのかといった情報が得
られない。

このため、焦点ずれ補正レンズ又は半導体レーザー素子
を光軸方向に沿って前又は後に予め決められた往復移動
をおこない、強制的にレーザービーム焦点を前後に移動
させ、この移動中焦点ずれ検出用センサーからの出力に
よって最も合焦したと検知される位置まで再び焦点ずれ
補正レンズ又は半導体レーザー素子を移動して戻し、停
止する方法を用いている。

以上のようにして焦点が合う位置を方法はアクチュエー
タによって焦点ずれ補正移動部であるレンズや半導体レ
ーザー素子をレーザービームの合焦位置を含んで前後に
往復移動をおこなうために、合焦（焦点が合うこと）す
るまでに時間がかかり、すばやい合焦作動ができない欠
点を有している。さらに焦点ずれを検出するとき、焦点
ずれ補正移動部が、最初に合焦方向（前進方向又は後退
方向）と逆方向（後退方向又は前進方向）に移動した場
合には合焦位置を検査できず、結局焦点ずれ補正移動部
は移動限界まで移動した後、反転して戻ることになり非
常に時間を要していた。

この発明は以上の問題点に鑑みて成されたもので、焦点
ずれ補正用移動部を前進移動させるのか後退移動させる
のかを予め決めることのできるレーザービームプリンタ
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） この発明は、レーザー光源から出力したレーザービーム
を感光体にスポット状に結像して走査すると共に、前記
感光体に走査されるレーザービームの焦点ずれを検出す
る焦点ずれ検出手段と、前記焦点ずれ検出手段からの信
号をもとに焦点ずれ補正用移動部を光軸方向に沿って移
動し焦点が合う位置をさがす焦点調整手段と、から成る
オートフォーカス機構を具備したレーザービームプリン
タ装置において、焦点ずれの原因となる環境要素の変化
を検知する環境センサと、環境センサからの信号をもと
に焦点ずれ補正用移動部の移動が前進移動か後退移動か
を決める制御手段と。

を備えたレーザービームプリンタ装置である。

（作　用） この発明は環境センサを備えることにより温度や湿度の
環境要素の変化を検知可能とし、前記環境変化により生
じたレーザービームの焦点位置変化が前ビン移動か後ビ
ン移動かを決定できるようにしたものである。これによ
り、合焦作動時に最初から正しい移動方向に移動でき、
逆方向に移動してしまうということがない。

（実施例） 第１図は本発明に係るＬＢＰ装置の第１実施例を示すレ
ーザースキャナーの概略構成を示すものである。同図に
おいて、ｌはレーザー光を発生させるためのレーザード
ライバであり、該レーザードライバ１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
じて明滅させる。

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ｆ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で焦点ずれ補正用移動部とし
ての機能を営む。

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５の前方に設けられたｆθレンズであり、
該多面鏡５により偏角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９上において等速とす
る働きを有する。

Ｌはレーザー光束であり、このレーザー光束りは、感光
体としての感光ドラム９上に結像される外に、反射鏡７
を介して焦点ずれ検出手段としてのＣＣＤ　（固体撮像
素子）８上に導かれる。このＣＣＤ８は感光ドラム９面
と光学的に等価な位置に前記矢印Ｃ方向に多数個の光検
出器を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ＡＦ制御部１０に接続しで
ある。尚、感光ドラム９の周囲には不図示の現像為、−
成帯電器、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表面にレーザー光束りによって形
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。

ＡＦ制御部ｌＯは、コリメータレンズ系３の近辺に設け
た環境センサとしての温度センサ１１から設定した値を
超える温度変化があった旨を示す信号の変化を受けると
一定間隔でＯＮ　、ＯＦＦする矩形波のＡＦ＠号（第３
図（ａ）参照）をレーザードライバ１に出力して、レー
ザー光束りの焦点ずれ検出をＣＣＤ８によっておこなわ
せる。その後ＣＣＤ８からの信号と温度センサ１１から
の信号をもとに焦点調整手段４の作動制御をおこなう。

画像処理部１２は、本体操作部１３からの指令によりレ
ーザードライバ１に向けて画像信号を出力するとともに
前記画像信号を出力していることを示す画像出力信号を
ＡＦ制御部１０へ出力する０画像出力値号は画像信号の
出力より先だってＡＦ制御部１０へ出力され画像信号出
力終了後に出力を停止される。ＡＦ制御部１０は画像出
力信号が入力されている間、焦点調整手段４の作動を停
止する。尚、前記本体操作部１３は、ＬＢＰ装置の画像
形成作動の制御をおこなうものである。

第２図は焦点調整手段４を備えたコリメータレンズ系３
の近辺を拡大したものである。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が固設される。そして、ステッピングモー
タ４２の軸に加工されたリードネジ４３と案内軸４５に
よりコリメータレンズ系３は案内、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４
４によって軸支される。コリメータレンズ系３には、一
端にリードネジ４３と螺合するメネジが設けられており
、また他端には案内軸４５と摺接するようすべり軸受が
設けられている（図示せず）、ステッピングモータ４２
にＡＦ制御部１０より駆動信号が入力されるとリードネ
ジ４３は回転をおこなう、リードネジ４３の回転により
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ＡＩ又はＡ２方向に移動する。

以上の構成において、所望の画像を形成する場合、まず
レーザードライバｌ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とも
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を所定量回転して該ドラ
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。

ところで、前述したように、第１図のような光学系によ
りレーザー光束りを感光ドラム９上において微小なスポ
ットに結像して高密度の画像を形成する場合、その焦点
深度が非常に浅くなることはよく知られている。従って
、レーザー光発光時の発熱等の環境温度変化により光学
系を構成する各部材が熱変形し、固体レーザー素子２と
感光ドラム９面との距離が変化した場合、　レーザー光
束りの像点が焦点探度内から外れてビームのスポット径
が大きくなり、既に第６図に示したようにコントラスト
が低くなるため画像の質が劣化してしまうことがある。

そこで本実施例においては、温度センサ１１を用い基準
値を基準にして設定値以上の温度変化が生じた場合、レ
ーザー光束りの焦点位置調整を開始するようにＡＦ作動
シークエンスが組まれている。そして、焦点位置調整終
了直後の温度センサ１１の信号値を常に基準値として書
き換え、さらに前記基準値を基準にして設定値以上の温
度変化が生じると再び焦点位置調整を開始するようにな
っている。尚、この実施例においては焦点深度以内の熱
変形にとどまる温度変化の値を設定値として用いている
。

環境の温度変化が設定した値を超えたことが温度センサ
１１からの信号によって検知されるとＡＦ制御部１０は
ＡＦ倍信号一定時間レーザードライバ１に出力する（第
３図（ａ））、以下本実施例で用いた焦点ずれ検出及び
補正方法を説明する°。

レーザードライバｌにＡＦ倍信号入力されるとレーザー
ドライバｌは固体レーザー素子２をＡＦ倍信号矩形波（
第３図（ａ））の波長に合わせて明滅点燈させる。固体
レーザー素子２からのレーザー光は反射鏡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ＣＣ
Ｄｇ上に投影走査される。

ＡＦ制御部ｌＯは、ＣＣＤ８上をレーザー光束りが走査
する前にＣＣＤ８各画素の蓄積電荷をリセットし、１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面上の露光分布は前記第６図に示した
ようにレーザー光束り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３図
（ｂ）に示すような分布になり、その信号をＡＦ制御部
１０に送出する。該制御部ｌＯにおいては、ＣＣＤ８の
出力の最大値をＯｍａＸ＋θｓｉｎ　としてコントラス
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（第６図参照）。

ＡＦ倍信号レーザードライバｌに入力されている間にＡ
Ｆ制御部１０は、ステッピングモータ４２を間欠駆動し
てコリメータレンズ系３を矢印Ａ方向に一定間隔ずつ前
進方向又は後退方向に移動させ、各位置でそれぞれ上記
コントラス）Ｖを測定し、コントラストｖの最大値が得
られた位置でコリメータレンズ系３を固定すれば、レー
ザー光束りの主走査スポット径を最小にすることすなわ
ち合焦をおこなうことができる。

ここで、本実施例で用いたような光学系は使用する光学
ガラス種類、光学構成がわかっていれば、例えば環境温
度が下がると前ピン、逆に上昇すると後ピンに焦点移動
するといった温度変化による焦点移動方向が算出可能で
ある。このため、使用する光学系の温度変化による焦点
移動方向のデータをＡＦ制御部ｌＯのマイクロコンピュ
ータのＲＯＭに収めておくことによって、温度センサ１
１からの信号をもとにどちらの方向にステッピングモー
タ４２を回転させれば焦点補正をおこなえるかがわかる
。尚、このとき変化値の大きさにより予め最初の移動間
隔を求めておくこともできる。

本実施例を用いた光学系は設計上、昇温すると前ピン（
照射方向前方側）、冷却すると後ピン（照射方向後方側
）に焦点移動する。前ピン時には、ステッピングモータ
４２は軸から見て時計方向（第２図Ｃ９Ｗ方向）に回転
しコリメータレンズ系３をＡＩ力方向移動させて焦点位
置補正をおこない、後ピン時には上述内容と逆にリード
ネジ４３を反時計方向（Ｃ，Ｃ，Ｗ方向）に回転しコリ
メータレンズ系３をＡ２方向に移動させて焦点位置補正
をおこなう。

この合焦作動（ＡＦ作動という）を第４図に示すシーフ
ェンス図をもとに説明する。まず、ステップ５０におい
てスタートし、ステップ５１において温度センサ１１か
らの信号をもとにＡＦ制御部１０のマイクロコンピュー
タは前回ＡＦ作動終了時の温度（基準温度）より設定値
以上の温度変化があったか否かを常時監視する。設定値
以上の温度変化が検知されると（ステップ５１）、ステ
ップ５２にて温度変化が前記基準温度に対して上昇した
のか冷えたのかを判断し、コリメータレンズ系３の移動
方向を決定する。コリメータレンズ系３の移動（ステッ
プ５３　、５４）によりＡＦ作動が終了すると（ステッ
プ５５）、前記マイクロコンピュータは温度センサ１１
からの信号をＲＡＭに記録し直して基準温度の値を変更
した後（ステップ５６）にＡＦ作動を終了する。

（他の実施例） 本発明においては、レーザービームスポットの焦点ずれ
を検出する焦点ずれ検出手段、ならびに合焦位置をさが
す焦点調整手段は上記実施例のものに限られることなく
、他の構成のものでもよい０例えば、上記実施例で用い
たＣＣＤアレイセンサーを用いた焦点ずれ検出手段、焦
点スポット径を受光素子で測定する焦点ずれ検出手段等
、焦点検出手段の種類は選ばない、また、焦点調整手段
の焦点ずれ補正用移動部としては、半導体レーザー素子
、コリメータレンズ系等の種々のものが考えられ本発明
においては何ら支障なく用いることができる。さらに焦
点ずれ補正用移動部を移動させるアクチュエータとして
は、各種モータ、圧電素子の種々のものが考えられる。

また、以上の実施例においては環境要素の変化として温
度変化を例にとって説明したが、他の実施例においては
温度変化を検知して焦点ずれ補正用移動部の移動方向を
決めるものであってもよい。

さらに以上の実施例においてはＡＦ制御部１０のマイク
ロコンピュータのＲＯＭには温度変化を移動方向のデー
タのみが収められているものとして説明したが、他の実
施例においてはそれ以外に焦点ずれ補正用移動部の最初
の移動間隔を求めておき予め合焦位置の見当をつけてお
き合焦位置をさがす時間をさらに短縮することも可能で
ある。

（発明の効果） 以上説明したようにこの発明のレーザービームプリンタ
装置によれば、環境センサからの信号により焦点ずれ補
正用移動部を常に焦点の合う方向に移動させることが可
能となり短時間で合焦作動をおこなえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るレーザービームプリンタ装置の実
施例を示すレーザースキャナの概略構成図、第２図は第
１図に用いた焦点調整手段を示す拡大詳細図、第３図（
ａ）、（ｂ）は本実施例における焦点位置検出作動中に
おける信号を示すものであり、同図（ａ）は第１図のＡ
Ｆ信号の出力波形を示すグラフ図、同図（ｂ）は第１図
のＣＯＤからの出力信号を示すグラフ図、第４図は本実
施例におけるＡＦ作動のシーフェンス図、第５図は従来
のレーザービームプリンタ装置のレーザースキャナを示
すｌ！−構成図、第６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説明図である。 符号の説明 １・・・レーザードライバ ２・・・固体レーザー素子（レーザー光源）３・・・コ
リメータレンズ系（焦点ずれ補正用移動部） ４・・・焦点調整手段　　　５・・・回転多面鏡６・・
・ｆθレンズ群　　　７・・・反射鏡８・・・ＣＯＤ　
（焦点ずれ検出手段）９・・・感光ドラム（感光体） １０・・・ＡＦ制御部 １１・・・温度センサ（環境センサ） １２・・・画像処理部　　　１３・・・本体操作部第３
図 （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レーザー光源から出力したレーザービームを感光体にス
   ポット状に結像して走査すると共に、前記感光体に走査
   されるレーザービームの焦点ずれを検出する焦点ずれ検
   出手段と、前記焦点ずれ検出手段からの信号をもとに焦
   点ずれ補正用移動部を光軸方向に沿って移動し焦点が合
   う位置をさがす焦点調整手段と、から成るオートフォー
   カス機構を具備したレーザービームプリンタ装置におい
   て、 焦点ずれの原因となる環境要素の変化を検知する環境セ
   ンサと、環境センサからの信号をもとに焦点ずれ補正用
   移動部の移動が前進移動か後退移動かを決める制御手段
   と、を備えたレーザービームプリンタ装置。