JPH04107581A - 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、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ものである。

［従来の技術］ 近年、レーザービームの光量を変化させて走査すること
によって、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が一般に使用され
ている。第３図はこの従来装置のレーザースキャナを示
し、画像信号に従って所定のタイミングで固体レーザー
素子１を明滅し、この固体レーザー素子ｌから放出され
たレーザービームはコリメータレンズ系２によって平行
光とされ、更に矢印方向に回転する回転多面鏡３によっ
て反射された後に、ｆθレンズ４を経て感光体ドラム、
即ち被走査面５上にスポット状に結像される。固体レー
ザー素子ｌはそれ自体の温度によって、出射するレーザ
ービームの波長と発光量が変動し、また温度が上昇し過
ぎると寿命が短くなる。そこで、固体レーザー素子１の
側面には、温度検出用のサーミスタ６が接着され、レ−
ザービームの発光面の裏側面には温度制御手段としてベ
ルチェ素子７の低温側が接着されていて、ベルチェ素子
７の高温側には放熱用のヒートシンク８が接着されてい
る。レーザービームの発光に伴って固体レーザー素子１
が設定温度以上に昇温すると、ベルチェ素子７に通電し
て固体レーザー素子１の冷却を行い、固体レーザー素子
ｌを常に一定の温度範囲に保持している。なお、ベルチ
ェ素子７は半導体をｐｎ接合させたものであり、直流電
流を印加すると、それぞれの接合部でジュール熱以外の
熱吸収又は発生が見られるペルチェ効果を利用して冷却
を行っており、小型で熱容量が小さいため応答性の高い
温度制御が可能な利点を有している。

一方、例えば１画素ごとに明滅するガウススポットを走
査した場合の被走査面５上での露光分布は、第４図に示
すように被走査面５上のレーザービームスポット径の大
小によって変化する。

即ち、主走査方向のスポット径が小さい場合には、第４
図（ａ）に示すようにレーザービームによる露光分布は
明滅のタイミングに合った短形波に近くコントラストも
高いが、スポット径が大きくなるにつれて第４図（ｂｌ
　、　ｆｃｌ　に示すように変化し、レーザービームが
隣接画素に侵入してコントラストが低（なるので、露光
部位が小さくなり出力画像の品位を劣化させることにな
る。また、高走査密度の記録を行うためには、被走査面
５上に結像するスポットの大きさを記録すべき画素数に
応じて小さくする必要がある。そこで、例えば走査密度
８００　ｄｉｐ　　（３２ｄｏｔｓ／　！１１１１）と
いう高解像力のプリンタを構成する場合には、コントラ
ストを８０％にする必要があり、被走査面５上に結像す
るスポットの大きさを４０μｍ（ガウススポット、１／
ｅ２直径）程度以下に抑えなければならない。

また、このように微小径のレーザースポットを得るため
には、一般にＦナンバの大きな結像光学系が必要である
が、周知のようにＦナンバが増加すると結像光学系の焦
点深度が非常に浅くなる。

例えば、主走査方向で直径が４０μｍの結像スポットを
走査するレーザースキャナ装置では、被走査面５の前後
±０．８ｍｍという極めて小さな範囲内に結像光学系の
焦点位置を納めなければならない。従って、例えば環境
温度の変化により光学系を構成する各部材が熱変形を起
して、ＰＬ、焦面が焦点深度を超えて移動すると、スポ
ット径が所望の値より大きくなってしまうことになる。

更に、微小スポットを使用する場合に限らず、コスト的
な利点からガラスの代用としてＰＭＭＡ系の樹脂により
レーザー光学系を構成した場合には。

吸湿により樹脂の屈折率が変化して同様に焦点移動を生
ずる。

そこで、温度や温度等の環境要素の変化によって生ずる
結像位置のずれ、即ち焦点ずれを防止してスポット径を
小さくして画質の低下を防ぐために、走査されるレーザ
ービームから焦点ずれを検出して補正を行う、所謂オー
トフォーカス（ＡＦ）機構を具備することが要求される
。

第３図に示した従来例においては、被走査面５の主走査
線方向の端部には反射ミラー９が設けられていて、走査
されたレーザービームの非記録範囲の一部を反射ミラー
９で反射して、被走査面５と共役位置に設けられた焦点
ずれ検出手段であるオートフォーカスセンサ１０に導（
。このセンサ１０の出力により被走査面５上にレーザー
ビームが合焦しているか否かを判断し、合焦していない
場合にはコリメータレンズ系２を矢印方向にレーザービ
ームが合焦する位置まで移動させるＡＦ作動を行う。な
お、ＡＦ作動時には合焦検出に適したＡＦ画像信号をレ
ーザービームとして出力し、そのＡＦ画像信号を使用し
て合焦操作を行うことによって合焦検出能力を高めてお
り、このＡＦ作動は装置内外部の環境が設定値以上に変
動した場合に行ったり、一定時間ごとに行うように設定
されている。

このようなオートフォーカス機能を具備したレーザース
キャナ装置は、例えば特公昭６ｏ−９２４３号公報、同
６１−１０７６９号公報、同６１−１０７７０号公報、
同６１−４８０８３号公報、同６２−８１８７３号公報
、同６２−８１８７４号公報、同５９−１１６６０３号
公報、同６０−１００１１３号公報、同６０−１１０２
０２０号公報、実公昭５９−１０１２１８号公報、同６
０−９０４１８号公報等で提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上述の実施例において、温度調整を行うベルチェ素子７
は、代表例としてＰ極にＢ１□Ｔｅｓ＋５ｂｚＴｅｓ、
Ｎ極にＢｉｚＴｅｓ＋　Ｂ１５ｅｓを用いたものが挙げ
られるように、通常Ｂｉ、　Ｔｅ、　Ｓｂ、　Ｓｅ等の
半導体を使用している。半導体はピエゾ効果（圧電効果
）を示すため、直流電流を流して発熱、冷却を行うと同
時に伸縮が行われる。このピエゾ効果による伸縮は数１
０μｍ以内の範囲であるが、焦点位置の移動量はレンズ
系の縦倍率、通常は数１０〜１００倍を乗じた距離とな
るので、上述の従来例のように固体レーザー素子１の温
度調整とＡＦ作動と分離して、例えばＡＦ作動の終了後
に固体レーザー素子ｌの温度調整動作を行うと、ベルチ
ェ素子７の伸縮によってレーザービームの合焦深度を超
えて合焦位置がずれてしまい、被走査面上に一度合焦さ
せたレーザービームが再びずれて、コントラストの落ち
た低品位な画像記録行われるという欠点がある。

本発明の目的は、上述の実施例の欠点を解消し、温度、
湿度等の環境の変化と無関係に、常に鮮明で高品位な画
像記録を行うことができるレーザービームプリンタ装置
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上述の目的を達成するために、本発明に係るレーザービ
ームプリンタ装置においては、ベルチェ効果を利用した
温度制御手段を具備する半導体レーザー光源と、該レー
ザー光源から発光したレーザービームを感光体上にスポ
ット状に結像して走査する走査手段と、前記レーザービ
ームの前記感光体上での合焦状態を検出する検出手段と
、該検出手段からの信号を基に補正用光学系を光軸方向
に沿って移動して合焦調整を行うオートフォーカス機構
とを具備したレーザービームプリンタ装置において、前
記温度制御手段からの作動信号を基に前記オートフォー
カス機構を作動させる手段を有することを特徴としたも
のである。

［作用Ｊ 上述の構成を有するレーザービームプリンタ装置は、半
導体レーザー光源の温度制御手段からの作動信号を基に
オートフォーカス機構を作動させ、レーザービームを被
走査面上で合焦する。

［実施例］ 本発明を第１図、第２図に図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。なお、第３図と同一の符号は同一の部材を
示している。

装置の作動を指令するための本体操作部１１の出力は、
記録に用いる画像信号を生成する画像処理部１２に接続
され、画像処理部１２の出力はレーザードライバ１３に
接続され、レーザードライバ１３は固体レーザー素子ｌ
に接続されている。また、この固体レーザー素子１の温
度を検知するために固体レーザー素子１にサーミスタ６
が接着されていて、固体レーザー素子１を冷却するため
に固体レーザー素子１のレーザービームの出射方向と反
対側にベルチェ素子７の低温側が接着され、ベルチェ素
子７の高温側には放熱用のヒートシンク８が接着されて
いることは従来例と同様である。そして、サーミスタ６
の出力は温度調整回路１４に接続され、温度調整回路１
４の出力はベルチェ素子７に接続されている。

固体レーザー素子１のレーザービームの光路上にはコリ
メータレンズ系２、回転多面鏡３、ｆθ、レンズ群４、
被走査面５が配置されていて、被走査面５の主走査線上
の非記録範囲に反射ミラー９が配置され、反射ミラー９
を介して被走査面５と光学的な等価位置にオートフォー
カスセンサ１０が配置されていて、このセンサ１ｏの出
力は第２図に示すフローチャート図の動作を含む制御動
作を行うオートフォーカス制御部１５に接続されている
。合焦のためのコリメータレンズ系２を第１図の矢印方
向に駆動するために、コリメータレンズ系２にはステッ
プモータ１６が取り付けられていて、オートフォーカス
制御部１５の出力はステップモータ１６に接続されてい
る。また、装置内の気温を測定するための温度センサ１
７がレーザービームプリンタ装置内に設けられていて、
この温度センサ１７からの出力は、温度調整回路Ｉ４か
らの出力及び画像処理部１２からの出力と共に、オート
フォーカス制御部１５に接続されている。

上述の構成において、固体レーザー素子１の温度調節及
びオートフォーカス作動は以下に述べるように行われる
。固体レーザー素子１の温度変化は、サーミスタ６によ
り常時温度調整回路１４において監視されており、その
変化量に基づいて温度調整回路１４からベルチェ素子７
に直流電流が流されて固体レーザー素子ｌを冷却してい
る。

方、オートフォーカス制御部１５では第２図のフローチ
ャート図に示すような処理が行われていて、先ずステッ
プ１０１において画像処理部１２からの信号によって被
走査面５上に画像の記録が行われている途中か否かを判
断し、画像の記録が行われていない場合にのみ次のステ
ップ１０２に進み、画像の記録中にはそれが終了するま
でステップ１０１の判断を繰り返す、サーミスタ６から
の温度変化量が設定値を越えると、温度調整回路１４か
らオートフォーカス制御部１５に温調作動信号が入力さ
れるようになっていて、ステップ１０２においてはこの
温調作動信号の有無を判断している。信号がない場合に
は次のステップ１０３へ進み、ここで温度センサ１７か
ら構成される装置内の気温が設定値以下かを判断し、設
定値以下の場合には次のステップ１０４に進む。

オートフォーカス制御部１５内にはクロックパルス計数
器が内蔵されていて、前回のオートフォーカス作動時か
らの経過時間を計数しており、ステップ１０４ではその
計数時間が一定の設定値を越えたか否かを判断する。そ
して、ステップ１０２において温度調整回路１４からオ
ートフォーカス制御部１５に温調作動信号が入力された
と検出した場合、或いはステップ１０３において装置内
の気温が設定値以上に昇温したと判断された場合、或い
はステップ１０４において前回のオートフォーカス作動
時から所定時間が経過した場合にはステップ１０５に進
み、そこでオートフォーカス作動を開始して、一連の処
理を終了する。なお、ステップ１０４において所定時間
が経過していないと判断された場合には、ステップ１０
４から戻って再びステップ１０１．１０２．１０３の判
断を繰り返すことになる。

オートフォーカス作動は従来例と同様であり、オートフ
ォーカス制御部１５からレーザードライバ１３に合焦検
出に適したオートフォーカス画像信号を入力し、そのオ
ートフォーカス画像信号によってレーザービームを被走
査面５上で走査する。そして１反射ミラー９でレーザー
ビームの一部を反射してオートフォーカスセンサ１０に
導き、そこでレーザービームのスポット径から合焦状態
を検知して、オートフォーカス制御部１５ではその検知
結果に基づいてステップモータ１６を駆動し、コリメー
タレンズ２をレーザービームの光路に沿った方向に移動
させることによって合焦を行う。

このように、固体レーザー素子ｌの温度変化量が温度調
整回路１４からオートフォーカス制御部１５に出力され
ていて、その変化量が設定値を越えるとオートフォーカ
ス作動が行われるようになっているので、半導体である
ベルチェ素子７のピエゾ効果も考慮してあって、レーザ
ービームの合焦が正確に行われる。

また上述の実施例のように、装置内の温度変化量を検出
する、或いは一定時間ごとにオートフォーカス作動を行
うように設定することで、より高品位な画像記録が実現
される。なお、上述の実施例のようにオートフォーカス
作動に対して固体レーザー素子１の温度変化量の検出結
果を最優先することが望ましい。

［発明の効果〕 以上説明したように本発明に係るレーザービームプリン
タ装置は、温度制御手段からの作動信号を基にオートフ
ォーカス作動を開始してレーザービームの合焦調整を行
っているので、半導体の伸縮によってレーザー光源の光
学的位置が移動しても、素早くレーザービームスポット
の焦点を感光体上に合わせることが可能となり、常に鮮
明で高品位な記録画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面第１図〜第２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し、第１図は構成図、第２図はオ
ートフォーカス制御部の処理のフローチャート図であり
、第３図は従来例のレーザービームプリンタ装置の構成
図、第４図はレーザービームスポット径と受光量比の関
係図である。 符号１は固体レーザー素子、２はコリメータレンズ系、
３は回転多面鏡、５は被走査面、６はサーミスタ、７は
ペルチェ素子、１０はオートフォーカスセンサ、１２は
画像処理部、１３はレーザードライバ、１４は温度調整
回路、１５はオートフォーカス制御部、１６はステップ
モータ、１７は温度センサである。 第３図 第２図 （ａ） 露光分布 第４図 （ｂ）　　　　　（ｃ） 小−スポット径−犬 走査方向

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ペルチエ効果を利用した温度制御手段を具備する半
   導体レーザー光源と、該レーザー光源から発光したレー
   ザービームを感光体上にスポット状に結像して走査する
   走査手段と、前記レーザービームの前記感光体上での合
   焦状態を検出する検出手段と、該検出手段からの信号を
   基に補正用光学系を光軸方向に沿って移動して合焦調整
   を行うオートフォーカス機構とを具備したレーザービー
   ムプリンタ装置において、前記温度制御手段からの作動
   信号を基に前記オートフォーカス機構を作動させる手段
   を有することを特徴としたレーザービームプリンタ装置
   。