JPH04155304A - 集光位置検出装置 - Google Patents

集光位置検出装置

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JPH04155304A
JPH04155304A JP2280286A JP28028690A JPH04155304A JP H04155304 A JPH04155304 A JP H04155304A JP 2280286 A JP2280286 A JP 2280286A JP 28028690 A JP28028690 A JP 28028690A JP H04155304 A JPH04155304 A JP H04155304A
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JP
Japan
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knife
laser beam
circuit
scanned
peak
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JP2280286A
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Susumu Imagawa
今河　進
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Ricoh Co Ltd
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    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1381—Non-lens elements for altering the properties of the beam, e.g. knife edges, slits, filters or stops
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/34—Systems for automatic generation of focusing signals using different areas in a pupil plane
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K15/00—Arrangements for producing a permanent visual presentation of the output data, e.g. computer output printers
    • G06K15/02—Arrangements for producing a permanent visual presentation of the output data, e.g. computer output printers using printers
    • G06K15/12—Arrangements for producing a permanent visual presentation of the output data, e.g. computer output printers using printers by photographic printing, e.g. by laser printers
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    • G06K15/1219—Detection, control or error compensation of scanning velocity or position, e.g. synchronisation
    • G—PHYSICS
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    • G11B7/0908—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following for focusing only
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    • G11B7/0916—Foucault or knife-edge methods

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】 鼓先分互 本発明は、集光位置検出装置に関し、より詳細には、レ
ーザ走査光学系を用いた集光位置検出装置に関する。例
えば、ディジタル複号機やディジタルカラー複写機に適
用されるものである。
丈米肢豊 被走査面、特に記録媒体上を光ビームで走査して画像を
記録する光ビーム走査光学系においては、光ビームの集
光位置（ビームウェスト位Ｉｆ）を被走査面上に極めて
高い精度で位置させる必要がある。
しかし、このように高い精度°で光ビームの集光位置を
調整しても、その後光学系の稼働中に環境温度が変化す
ると、光学系を構成する光学部品やこの光学部品を載設
している定盤が伸縮し、さらには光学部品の屈折率が変
化して集光位置が被走査面上からずれてしまうことがあ
る。これにより、走査面上に四層される光ビームのスポ
ット径は所望の値から変化し、記録画像の画質低下を招
くことになる。
したがって、光学系の集光位置を一旦調整した後におい
ても光ビームの集光位置が走査面上に常に維持されるよ
うに、光源あるいは光学系を光軸方向に移動する必要が
あるが、このためには走査面からの集光位置のずれ量を
逐次検出する必要がある。
この点を解決するために、例えば、特開平１−２３７６
１４号公報に「集光位置検出装置」が提案されている。
この公報に記載されているものは。
光ビームの被走査面からの集光位置のずれ量を簡単かつ
正確に検出するために、光ビームの走査方向に所定の間
隔をおき、かつ前記被走査面からの距離が異なる位置に
それぞれ配置され、受光面の走査方向の幅が前記光ビー
ムの径以下に形成された第１および第２の光検出手段と
、該第１および第２の光検出手段から各々出力された電
気信号の幅を比較して前記被走査面からの光ビーム集光
位置のずれ量を検出する検出回路とを備えたものである
。すなわち、レーザビームの径よりも小さな幅の２個の
受光素子を走査面からの距離が異なる位置に配し、各々
の受光素子から出力する電気信号の幅を比較してレーザ
ビームの集光位置の被走査面からのずれ量を検出するも
のである。
しかしながら、２個の受光素子が必要であること、レー
ザビームの径よりも小さな幅のスリットを用いているた
め、スリットへのゴミの付着などにより誤動作しやすい
ことなどの欠点を有している。
また、特開平２−９３６１９号公報に記載されている「
レーザビーム走査装置」は、レーザビームのスポットサ
イズを検出できると共の感光体上での副走査方向のずれ
も検出できるようにするために、光センサの光検出幅を
レーザビームの主走査方向に漸次変化するように形成し
た第１の検出手段と、光センサの光検出幅を前記レーザ
ビームの副走査方向に漸次変化するように形成した第２
の検出手段と、前記第１、第２の検出手段の出力をモニ
ターするモニター手段とを備えたものである。すなわち
、主走査方向に漸次変化する光検出幅をもつ受光素子を
使用し、受光素子から出力する電気信号の幅から、レー
ザビームの集光位置の被走査面からのずれによるレーザ
ビーム径の変化を検出するものである。
しかしながら、この方式では集光位置のずれは検出でき
ても、ずれた方向を判別することは不可能である。
このように、記録媒体上をレーザビームで走査露光し、
画像を記録するレーザ走査光学系においては、レーザビ
ームの集光位置（ビームウェスト位置）を被走査面上の
精度良く位置させることは画像品質上重要な問題となる
。
特に高密度なレーザ走査光学系においては高密度化にと
もないレーザビーム径も小さくなるため、安定したビー
ム径を範囲が狭く（深度が浅く）なるようにし、レーザ
ビームの集光位置（ビームウェスト位置）を被走査面上
に極めて精度良く位置させることが必要となる。
しかし、調整によってレーザビームの集光位置を設定し
ても、環境温度の変化による熱膨張などにより光学部品
の配置位置変動や光源である半導体レーザの発信波長変
動などでレーザビームの集光位置が走査面からずれてし
まうことがある。これによって、走査面上でのレーザビ
ームのスポット径は所望の値から変化し、解像力の劣化
や濃度変動等の画質の低下を招くことになる。
したがって、光学系の集光位置を一旦調整した後におい
ても、レーザビームの集光位置が走査面上に常に維持さ
れるよう光源や光学部品の光軸方向の微動などにより補
正する必要があるが、このためには集光位置の走査面か
らずれ量を検出する必要がある。
豆−一五 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
レーザビームの被走査面からのずれ量を簡単かつ精度良
く検出するようにした集光位置検出装置を提供すること
を目的とするものである。
盈−一双 本発明は、上記目的を達成するために、（１）被走査面
上に集光、走査されるレーザビームの集光位置（ビーム
ウェスト）を検出する集光位置検出装置において、前記
レーザビームの走査方向に該レーザビームの径以上の間
隔を有して対向し、かつ前記被走査面からの距離が異な
る位置にそれぞれ配設された１対のナイフェツジと、該
ナイフェツジの後方におかれ、該ナイフェツジの間隔よ
りも大なる幅を持つ受光素子と、該受光素子から出力さ
れた電気信号を微分する微分回路と、該微分回路の微分
波形の第一のナイフェツジによる信号波形のピーク電圧
と第二のナイフェツジによる信号波形のピーク電圧とを
検出するピークホールド回路と、該ピークホールド回路
により検出された２つのピーク電圧を比較演算し、前記
被走査面からのレーザビームの集光位置のずれ量を検出
する演算回路とを備えたこと、或いは、（２）被走査面
上に集光、走査されるレーザビームの集光位置（ビーム
ウェスト）を検出する集光位置検出装置において、前記
レーザビームの走査方向に該レーザビームの径以上の間
隔を有して対向し、かつ前記被走査面からの距離が異な
る位置にそれぞれ配設された１対のナイフェツジと、該
ナイフェツジの後方におかれ、該ナイフェツジの間隔よ
りも大なる幅を持つ受光素子と、該受光素子から出力さ
れた電気信号を微分する微分回路と、該微分回路の微分
波形の第一のナイフェツジによる信号波形と第二のナイ
フェツジによる信号波形を２値化する２値化回路と、該
２値化回路のパルス幅を検出するパルス幅検出回路と、
該パルス幅検出回路による第一のナイフェツジによるパ
ルス幅と第二のナイフェツジによるパルス幅とを演算し
て、前記被走査面からのレーザビームの集光位置のずれ
量を検出する演算回路とを備えたことを特徴としたもの
である。以下、本発明の実施例に基づいて説明する。
第１図は、本発明による集光位置検出装置の一実施例を
説明するための構成図で、図中、１は受光素子、２は増
幅器、３は微分回路、４はピーク電圧検出回路、５ａ、
５ｂはピークホールド回路、６は演算回路である。第３
図（ａ）、（ｂ）に示すように、一対のナイフェツジ７
　ａ、７　ｂは、レーザビームの走査方向に該レーザビ
ームの径以上の間隔を有して対向し、被走査面（記録媒
体面）９からの距離が異なる位置に各々配置されている
。
該ナイフェツジの後方には受光素子（ビンフォトダイオ
ードなど）１が設けられ、該受光素子１は前記ナイフェ
ツジの間隔よりも大きい幅を有している。また、該受光
素子１から出力された電気信号は増幅器２を介して微分
回路３により微分され、該微分回路の微分波形の第１の
ナイフェツジによる信号型彫のピーク電圧と、第２のナ
イフェツジによる信号波形のピーク電圧とはピークホー
ルド回路５　ａ、５　ｂで検出され、演算回路６では前
記２つのピーク電圧を比較演算し、被走査面からのレー
ザビームの集光位置のずれ量を検出する。
第４図（ａ）〜（ｃ）は、第１図における受光素子（増
幅器）及び微分回路の出力波形を示す図で、図（ａ）は
、レーザビームが前記受光素子１を走査するときの出力
波形が示されている。波形の立ち上がりは第一のナイフ
ェツジから受光素子１に入射する際に発生し、立ち下が
りは受光素子１から第二のナイフェツジに遮られる際に
発生する。
この受光素子１の出力波形はレーザビームの受光素子１
による積分値を表わしている。受光素子４の出力波形は
増幅器２によって増幅され、微分回路３によって微分さ
れて図（ｂ）に示すようなｒ形となる。微分後の波形は
ナイフェツジ部にお番るレーザビームの強度分布となり
、ビーム径がｔＪさいときはピークの高い、幅の狭い波
形となり、ビーム径が大きくなるとピークが下がり、幅
がｈくなる。したがって２つのナイフェツジ部でのビー
ム径が等しい（すなわち集光点が２枚のナイフェツジの
中央にある）場合には、極性は異なるｔ同一の出力波形
となる。集光点が２枚のナイフェツジの中央からずれた
場合には、図（Ｃ）に示１ように近づいたナイフェツジ
による波形のピークは上昇して輻が狭くなり、遠ざかっ
たナイフェツジによる波形のピークは低下して幅が広く
なる。
このように、第１図に示す検出回路では、第５図に示す
ように、２つのナイフェツジによる波形のピーク電圧Ｖ
　＞　、Ｖ　２をピークホールド回Ｉ４５ａ１５ｂでホ
ールドし、その絶対値を比較演算し、貴光点のずれ量及
びずれの方向を出力する。
Ｌ　　　第２図は、本発明による集光位置検出装置の他
コ　　の実施例を示す図で、図中、７は検出回路、８ａ
。
タ　　８ｂは二値化回路、９ａ、９ｂはパルス幅検畠回
ｉ　　路で、その化第１図と同じ作用をする部分は同一
の参照番号が付しである。前述した第３図（ａ）。
（ｂ）に示すように、１対のナイフェツジ７ａ。
７ｂは、レーザビームの走査方向に該レーザビームの径
以上の間隔を有して対向し、被査走面（記録媒体面）９
からの距離が異なる位置に各々配置されている。該ナイ
フェツジの後方には受光素子（ピンフォトダイオードな
ど）１が設けられ、該°　　受光素子１は前記ナイフェ
ツジの間隔よりも大きい幅を有している。また、該受光
素子１から出力された電気信号は、増幅器２を介して微
分回路３により微分され、該微分回路の微分波形の第１
のナイフェツジによる信号波形と、第２のナイフェツジ
による信号波形を２値化回路８ａ、８ｂにより２値化し
、該２値化回路８ａ、８ｂのパルス幅をパルス幅検出回
路９ａ、９ｂで検出し、演算回路６では第１のナイフェ
ツジによるパルス幅と第２のナイフェツジによるパルス
幅とを演算し、被走査面からのレーザビームの集光位置
のずれ量を検出する。
このように、第２図に示す検出回路では、第５図に示す
ように、２つのナイフェツジによる波形を２値化回路８
ａ、８ｂによって一定のスレッシュ電圧Ｖｔ　ｈ、−Ｖ
ｔ　ｈ　（第４図（ｃ））で二値化し、パルス幅検出回
路９　ａ、９　ｂで各々のパルス＠Ｈ工、Ｈ２を検出し
、それを比較演算して集光点のずれ量及びずれの方向を
出力する。
第６図は、本発明による集光位置検出装置を備えたレー
ザ走査光学系を示す図で、図中、１１は半導体レーザ（
Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）、１２はコリメートレ
ンズ、１３はＰＺＴ（ピエゾ素子）、１４はレンズ、１
５は半導体レーザ輛動回路、１６は回転多面Ｖｔ＜ポリ
ゴンスキャナ）、１７は結像レンＸ（ｆθレンズ）、１
８は微分回路、１９は検出回路、２０は比較演算回路、
２１は制御回路、２２はＰＺＴ睨動回動回路その他、第
３図と同じ作用をする部分は同一の参照番号が付しであ
る。
光源である画像信号に応じて変調された半導体レーザ（
Ｌ、Ｄ）１１から出射したレーザビームは、コリメート
レンズ１２でコリメートされ、レンズ１４を介して回転
多面鏡（ポリゴンスキャナ）１６で反射され、結像レン
ズ（ｆθレンズ）１７で感光体上に微小スポットとして
結像される。
この微小スポットが回転多面鏡１６と記録媒体９の回転
により記録媒体９を走査露光する。高密度で高品位な記
録を行なうためにはレーザビームを記録媒体表面に精度
良く集光させる必要がある。
しかし、調整によってレーザビームの集光位置を設定し
ても、環境温度の変化による熱膨張などにより、光学部
品の配置位置変動や光源である半導体レーザの発信波長
変動などでレーザビームの集光位置が走査面からずれて
しまうことがある。
これによって、走査面上でのレーザビームのスポット径
は所望の値から変化し、解像力の劣化や濃度変動等の画
質の低下を招くことになる。
したがって、光学系の集光位置を一旦調整した後におい
ても、レーザビームの集光位置が走査面上に常に維持さ
れるよう光源や光学部品の光軸方向の微動などにより補
正をする必要がある。
本発明の実施例では、前記の集光位置検出装置によって
検出された集光点のずれ量とずれの方向の信号は制御回
路２１に入力し、該制御回路２１によって光源である半
導体レーザ１１もしくはコリメートレンズ１２を光軸方
向に移動させ（半導体レーザとコリメートレンズ間の距
離を変える）、ＰＺＴ（電歪素子）駆動回路２２を制御
して集光点位置の補正を行なう。
本発明の実施例のように、半導体レーザ１１もしくはコ
リメートレンズ１２を移動させて集光位置を補正する方
法以外に他の適当な光学素子を移動させるか、または電
気光学効果を有する光学部品に電圧を加えることにより
屈折率変化を生じさせて集光位置を補正する方法を用い
ても良い。
また、上記実施例において、光源として半導体レーザを
用いているがこれに限られることはなく、例えばガスレ
ーザ等を用いることも可能である。
羞−一末 以上の説明から明らかなように、本発明によると、レー
ザビームの走査方向に該レーザビームの径以上の間隔を
有して対向し、被走査面からの距離が異なる位置に各々
配置された１対のナイフェツジを用い、各々のナイフェ
ツジによる信号波形のピーク電圧あるいは該信号波形を
２値化したパルス幅を演算して、被走査面からのレーザ
ビームの集光位置のずれ量を検出するようにしたので、
すなわち、集光点のずれ量と方向を精度良く検出できる
よう構成されているので、このずれ量に応した補正信号
を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による集光位置検出装置の一実施例を
説明するための構成図、第２図は、本発明による集光位
置検出装置の他の実施例を示す図、第３図は、集光位置
検出装置におけるナイフェツジとレーザビームとの関係
を示す図、第４図は、第１図における受光素子（増幅器
）及び微分回路の出力波形を示す図、第５図はナイフェ
ツジによる波形のピーク電圧及びパルス幅を示す図、第
６図は１本発明による集光位置検出装置を備えたレーザ
走査光学系を示す図である。 １・・・受光素子、２・・・増幅器、３・・・微分回路
、４・・・ピーク電圧検出回路、５ａ、５ｂ・・・ピー
クホールド回路、６・・・演算回路。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、被走査面上に集光、走査されるレーザビームの集光
    位置を検出する集光位置検出装置において、前記レーザ
    ビームの走査方向に該レーザビームの径以上の間隔を有
    して対向し、かつ前記被走査面からの距離が異なる位置
    にそれぞれ配設された１対のナイフエッジと、該ナイフ
    エッジの後方におかれ、該ナイフエッジの間隔よりも大
    なる幅を持つ受光素子と、該受光素子から出力された電
    気信号を微分する微分回路と、該微分回路の微分波形の
    第一のナイフエッジによる信号波形のピーク電圧と第二
    のナイフエッジによる信号波形のピーク電圧とを検出す
    るピークホールド回路と、該ピークホールド回路により
    検出された２つのピーク電圧を比較演算し、前記被走査
    面からのレーザビームの集光位置のずれ量を検出する演
    算回路とを備えたことを特徴とする集光位置検出装置。 ２、被走査面上に集光、走査されるレーザビームの集光
    位置を検出する集光位置検出装置において、前記レーザ
    ビームの走査方向に該レーザビームの径以上の間隔を有
    して対向し、かつ前記被走査面からの距離が異なる位置
    にそれぞれ配設された１対のナイフエッジと、該ナイフ
    エッジの後方におかれ、該ナイフエッジの間隔よりも大
    なる幅を持つ受光素子と、該受光素子から出力された電
    気信号を微分する微分回路と、該微分回路の微分波形の
    第一のナイフエッジによる信号波形と第二のナイフエッ
    ジによる信号波形を２値化する２値化回路と、該２値化
    回路のパルス幅を検出するパルス幅検出回路と、該パル
    ス幅検出回路による第一のナイフエッジによるパルス幅
    と第二のナイフエッジによるパルス幅とを演算して、前
    記被走査面からのレーザビームの集光位置のずれ量を検
    出する演算回路とを備えたことを特徴とする集光位置検
    出装置。
JP2280286A 1990-10-18 1990-10-18 集光位置検出装置 Pending JPH04155304A (ja)

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JP2280286A JPH04155304A (ja) 1990-10-18 1990-10-18 集光位置検出装置
US07/767,120 US5231280A (en) 1990-10-18 1991-09-27 Focusing error detection apparatus using a first and second knife edge at different positions

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JP (1) JPH04155304A (ja)

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