JPH0497114A - Spot diameter adjustment device for laser scanning system - Google Patents

Spot diameter adjustment device for laser scanning system

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JPH0497114A
JPH0497114A JP2210184A JP21018490A JPH0497114A JP H0497114 A JPH0497114 A JP H0497114A JP 2210184 A JP2210184 A JP 2210184A JP 21018490 A JP21018490 A JP 21018490A JP H0497114 A JPH0497114 A JP H0497114A
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spot diameter
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laser beam
scanning
reflecting surface
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Abstract

PURPOSE:To facilitate spot diameter adjustment and to reduce the size, weight, and cost of the device by sticking a mirror plate on a piezoelectric element and forming a reflecting surface and providing a reflecting surface curvature control means which feeds and drives the piezoelectric element electrically to control the curvature of the reflecting surface and adjust a spot diameter on a scanned surface. CONSTITUTION:The reflecting surface of a reflecting mirror 13 is formed by sticking the mirror plate 13b on the piezoelectric element 13a. The signal from a spot diameter sensor 17 which is provided at a specific distance l from the extended surface of the scanned surface 16 in the travel direction of a laser beam is inputted to a piezoelectric element driving circuit 18. The piezoelectric element driving circuit 18 while setting the driving signal of the piezoelectric element 13a by arithmetic according to the spot diameter on the scanned surface 16 outputs the driving signal to the piezoelectric element 13a, which is curved. Then the surface of the mirror plate 13b is curved to curvature corresponding to the quantity of fed electricity to vary the convergence rate of the laser beam reflected by the surface of the mirror plate 13b, thereby controlling the spot diameter on the scanned surface 16 to proper size. Consequently, the spot diameter is adjusted by the small-sized, lightweight structure with high accuracy.

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面上に走査するレーザ
ープリンタ等のレーザー走査系に関し、特に走査面上の
レーザービームのスポット径を調整する装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention relates to a laser scanning system such as a laser printer that scans a laser beam on a scanning surface, and particularly to a device for adjusting the spot diameter of a laser beam on a scanning surface. Regarding.

〈従来技術〉 従来のこの種の技術としては、例えば特開平2−511
19号公報に示されるようなものかある。
<Prior art> As a conventional technology of this kind, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-511
There is something like the one shown in Publication No. 19.

このものの概要を第6図〜第9図に基づいて説明する。An outline of this will be explained based on FIGS. 6 to 9.

画像処理部61から制御部60に画像出力信号Pを出力
すると共に、レーザードライバ51に画像信号Sを出力
し、レーザードライバ51は所定のタイミングで固定レ
ーザー素子52を明滅させる。
The image processing section 61 outputs an image output signal P to the control section 60, and also outputs an image signal S to the laser driver 51, which causes the fixed laser element 52 to blink at a predetermined timing.

固体レーザー素子52から放射されたレーザー光束は、
コリメータレンズ系53によって略平行光とされた後、
回転多面鏡54によって反射偏向され、fθレンズ群5
6a、 56b、 56cにより収束される。
The laser beam emitted from the solid-state laser element 52 is
After being made into substantially parallel light by the collimator lens system 53,
It is reflected and deflected by the rotating polygon mirror 54, and the fθ lens group 5
6a, 56b, and 56c.

収束したレーザー光束りは、感光ドラム59の走査面上
にスポット状に結像される。感光ドラム59表面には、
画像−走査分の露光分布か形成され、さらに各走査毎に
感光ドラム59を所定量回転して該ドラム59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
写真プロセスにより記録紙上に顕画像として記録する。
The converged laser beam is imaged into a spot on the scanning surface of the photosensitive drum 59. On the surface of the photosensitive drum 59,
An exposure distribution for an image-scan is formed, and the photosensitive drum 59 is further rotated by a predetermined amount for each scan to form a latent image on the drum 59 having an exposure distribution according to the image signal S, using a well-known photographic process. This is recorded as a visible image on recording paper.

次に、焦点位置調整機構の動作を説明する。Next, the operation of the focus position adjustment mechanism will be explained.

fθレンズ群56a、 56b、 56cにより収束さ
れタレーザー光束りは、バーコードフィルタ57を介し
て光検出素子58上にも導かれる。バーコードフィルタ
57を光検出素子58側から見た第7図において、レー
ザービームの走査スポットSは矢印C方向ニ移動し、バ
ーコードフィルタ57の透明部分57aを通過するとき
と、遮光部分57bを通過するときとて、光検出素子5
8によって検出される光量か周期的に変化する。
The laser beam converged by the fθ lens groups 56a, 56b, and 56c is also guided onto the photodetector element 58 via the barcode filter 57. In FIG. 7, when the barcode filter 57 is viewed from the photodetector element 58 side, the scanning spot S of the laser beam moves in the direction of the arrow C, and when it passes through the transparent portion 57a of the barcode filter 57 and when it passes through the light-blocking portion 57b. When passing, the photodetecting element 5
8, the amount of light detected changes periodically.

このとき、結像状態か良好で走査スポットSか走査方向
に小さければ、第8図(A)に示すように、透過光りの
スポット全体に占める比率か増大するから透過部7a通
過時の透過光量か大きくなり、遮光部7b通過時の隣接
する透過部7aからの漏れ光量は小さくなる。
At this time, if the imaging condition is good and the scanning spot S is small in the scanning direction, the ratio of the transmitted light to the entire spot increases as shown in FIG. The amount of light leaking from the adjacent transmitting part 7a when passing through the light shielding part 7b becomes smaller.

一方、第8図(B)に示すように、結像状態か悪く、走
査スポットSが走査方向に大きければ、透過光りのスポ
ット全体に占める比率が減少して透過部7a通過時の透
過光量か小さくなり、遮光部7b通過時の隣接する透過
部7aからの漏れ光量は大きくなる。
On the other hand, as shown in FIG. 8(B), if the imaging condition is poor and the scanning spot S is large in the scanning direction, the ratio of the transmitted light to the entire spot decreases, and the amount of transmitted light when passing through the transmitting section 7a decreases. The amount of light leaking from the adjacent transmitting section 7a when passing through the light shielding section 7b increases.

第9図(A)、  (B)は夫々結像状態良好時と結像
不良時の光量変化を示したものである。
FIGS. 9A and 9B show changes in the amount of light when the imaging condition is good and when the imaging condition is poor, respectively.

そして、最大光量θaaaxと最小光量θwinとに基
づいて次式によってコントラストVを求め、該コントラ
ストVか最大となるように、焦点位置調整手段54によ
ってコリメータレンズ系53の光軸方向位置を調節する
ことにより、スポット径を最適な大きさに調整する。
Then, the contrast V is determined by the following formula based on the maximum light amount θaaax and the minimum light amount θwin, and the position of the collimator lens system 53 in the optical axis direction is adjusted by the focal position adjustment means 54 so that the contrast V is maximized. Adjust the spot diameter to the optimum size.

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、かかる従来のスポット径調整装置では、
以下に列挙する種々の問題点を有する。
<Problem to be solved by the invention> However, in such a conventional spot diameter adjustment device,
It has various problems listed below.

まず、高精度な機構か必要である。即ち、スポット径の
調整をコリメータレンズの移動によって行うため、厳密
な調整精度が要求され、また、コリメータレンズ移動に
伴う光軸ズレの影響を受けやすい。
First, a highly accurate mechanism is required. That is, since the spot diameter is adjusted by moving the collimator lens, strict adjustment accuracy is required, and it is also susceptible to optical axis misalignment due to the movement of the collimator lens.

具体例では、コリメータレンズの焦点距離fはf=5m
m程度と短く、焦点深度か狭い。焦点深度の定義につい
ては種々のものかあるか、スポットの中心での強度比か
80%になる位置で定義するとπωo′/8λとなり、
コリメータレンズの有効径を3皿、波長を0.8μmと
すると、焦点深度は僅か1.4μm程度である。焦点深
度かとの程度許容されるかは、個々のシステムによって
異なり、いちがいに上記数値を当てはめることはてきな
いとしても、μmオーダーの精度は要求される。
In the specific example, the focal length f of the collimator lens is f=5m
It is short, about m, and has a narrow depth of focus. There are various definitions of the depth of focus, but if it is defined as the position where the intensity ratio at the center of the spot is 80%, it becomes πωo'/8λ,
Assuming that the collimator lens has three effective diameters and a wavelength of 0.8 μm, the depth of focus is only about 1.4 μm. The allowable depth of focus varies depending on each individual system, and although it is not possible to apply the above numerical values to each other, precision on the order of μm is required.

さらに、もし仮に焦点深度内に調整できたとしても、可
動部を有する部品を高精度に固定しておくことは、振動
等の影響を考えると、非常に困難である。特にピント状
態を常に検出しながらフィードバックをかけるシステム
ては、記録動作中にもヒームの収束状態か絶えず変化し
てしまう。
Furthermore, even if it were possible to adjust the depth of focus to within the depth of focus, it would be extremely difficult to fix components having movable parts with high precision, considering the effects of vibrations and the like. In particular, in a system that constantly detects the focus state and applies feedback, the convergence state of the heel constantly changes even during recording operation.

光軸ズレの影響に関しても、やはりμmオーダーての精
度か要求されており、このようなガタのない可動機構を
設けることは難しい。そして、これらの調整不良により
、出力画像にぼけやむらが生じたり光ビームの蹴られや
H−3YNC信号検出異常か生じたりする。
Regarding the influence of optical axis deviation, accuracy on the order of μm is still required, and it is difficult to provide such a movable mechanism without backlash. These maladjustments may cause blurring or unevenness in the output image, kicking of the light beam, or abnormal H-3YNC signal detection.

また、調整機構が大掛かりであるため、コスト高につく
。即ち、調整精度の必要としないレンズ(例えばfθレ
ンズや、コリメータレンズとfθレンズの間に配置した
レンズ)を移動させる方法もあるか、直進運動を得るた
めには、モーター送りネジ・カム等の機構を必要とし、
コスト高になってしまう。
Furthermore, since the adjustment mechanism is large-scale, the cost is high. In other words, is there a way to move a lens that does not require adjustment precision (for example, an f-theta lens or a lens placed between a collimator lens and an f-theta lens), or is there a way to move a lens that does not require adjustment precision? requires a mechanism,
This will result in high costs.

さらに、光束応答性が得られない。即ち、従来例の方法
ては、環境温度の変動によるピントずれのようにゆるや
かな緩やかな変化てを補正するには適当であるか、走査
毎に起こるスポット径の変動のような高速変化には追従
できない。
Furthermore, luminous flux responsiveness cannot be obtained. In other words, the conventional methods are not suitable for correcting gradual changes such as defocus due to fluctuations in environmental temperature, or are suitable for correcting fast changes such as fluctuations in spot diameter that occur with each scan. Unable to follow.

具体例では、回転多面鏡の各反射面の曲率の相違による
ピントずれ補正の問題がある。即ち、反射面は通常高精
度の平面性となるように作成されるが、面積度λ/4以
上を安定的に作ることは難しい。第10図は、レーザー
プリンタにおいて、画素毎の縦線を描いた時の出力画像
を拡大したちのである。これは各反射面(この例では6
面)の中、1つの面だけか面精度が得られておらず、僅
かに曲率を持ってしまったために起こる現象である。周
期的に(面積度の悪い反射面で走査されている時には)
スポット径か大きくなってしまい、その結果、隣の縦線
とつながり、横方向に黒線かあるかのように視覚されて
しまう。
In a specific example, there is a problem in correcting out of focus due to the difference in curvature of each reflecting surface of a rotating polygon mirror. That is, although a reflective surface is usually created to have highly accurate flatness, it is difficult to stably create an area with an area degree of λ/4 or more. Figure 10 shows an enlarged image of the output image when a vertical line is drawn for each pixel using a laser printer. This applies to each reflective surface (6 in this example).
This phenomenon occurs because only one surface among the surfaces (surfaces) has not achieved surface accuracy and has a slight curvature. Periodically (when scanned by a reflective surface with poor area coverage)
The spot diameter becomes large, and as a result, it connects with the adjacent vertical line, making it appear as if there is a horizontal black line.

このようなスポット径の変動は極値かなものだが、上記
のような特殊なパターンを出力した時間題となる。
Although such fluctuations in the spot diameter are only extreme values, it becomes a time problem when outputting a special pattern such as the one described above.

これを補正しようとすると、ピント調整機構には走査周
波数の数倍の応答か要求され、従来て無理であった。
Attempting to correct this would require the focus adjustment mechanism to respond several times the scanning frequency, which was previously impossible.

別の例としては、回転多面鏡の前側に結像レンズを配置
したものでは、後述するように走査位置に応じて光路か
異なることにより(第3図点線参照)、合焦位置が走査
面に対して湾曲するが、これを補正するためには、少な
くとも走査周波数以上の周波数応答か、レンズ移動機構
に要求される。
Another example is when an imaging lens is placed in front of a rotating polygon mirror, the optical path differs depending on the scanning position (see the dotted line in Figure 3), as described later, so that the focal position is on the scanning plane. However, in order to correct this, the lens moving mechanism is required to have a frequency response that is at least higher than the scanning frequency.

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもの
で、環境変化に起因するものは勿論、走査毎に起きるス
ポット径の変動に対しても、小型軽量な構造であって、
しかも容易かつ高精度にスポット径を調整できるように
したレーザー走査系のスポット径調整装置を提供するこ
とを目的とする。
The present invention was developed in view of these conventional problems, and has a small and lightweight structure that can withstand not only changes in the environment but also fluctuations in spot diameter that occur from scan to scan.
Moreover, it is an object of the present invention to provide a laser scanning spot diameter adjusting device that can easily and accurately adjust the spot diameter.

〈課題を解決するための手段〉 このため本発明は、レーザービームを反射面で反射する
経路を経て走査面正に走査するレーザー走査系において
、前記反射面を圧電素子に鏡板を貼着して形成すると共
に、該圧電素子を通電駆動して反射面の曲率を制御する
ことにより走査面上のレーザービームのスポット径を調
整する反射面曲率制御手段を設けた構成とする。
<Means for Solving the Problems> For this reason, the present invention provides a laser scanning system in which a laser beam is scanned directly on a scanning surface through a path of reflection on a reflecting surface, in which a mirror plate is attached to a piezoelectric element on the reflecting surface. At the same time, the configuration includes a reflecting surface curvature control means for adjusting the spot diameter of the laser beam on the scanning surface by controlling the curvature of the reflecting surface by energizing and driving the piezoelectric element.

また、前記反射面曲率制御手段は、走査面上のレーザー
ビームのスポット径を測定するスポット径測定手段を含
み、該スポット径測定手段からの出力信号に基づいて圧
電素子を通電駆動する構成としてもよい。
The reflective surface curvature control means may include a spot diameter measuring means for measuring the spot diameter of the laser beam on the scanning surface, and the piezoelectric element may be energized and driven based on an output signal from the spot diameter measuring means. good.

その場合、前記スポット径測定手段は、走査面からレー
ザービームの進行方向に所定距離離した位置に配設して
もよい。
In that case, the spot diameter measuring means may be arranged at a position separated by a predetermined distance from the scanning surface in the traveling direction of the laser beam.

また、前記反射面曲率制御手段は、予め定められだ補正
信号に基づいて圧電素子を通電駆動する構成としてもよ
い。
Further, the reflective surface curvature control means may be configured to energize and drive the piezoelectric element based on a predetermined correction signal.

また、前記補正信号を、レーザービームを偏向させる回
転多面鏡の各反射面毎に反射面の状態に応じて定めても
よい。
Further, the correction signal may be determined for each reflecting surface of a rotating polygon mirror that deflects the laser beam, depending on the state of the reflecting surface.

更に、前記補正信号をレーザービームの走査位置によっ
て変化するように定めてもよい。
Furthermore, the correction signal may be determined to vary depending on the scanning position of the laser beam.

〈作用〉 反射面曲率制御手段により、圧電素子を通電駆動して反
射面の曲率を制御すると、レーザービームの収束度か変
化し、これにより走査面上のレーザービームのスポット
径を最適な大きさに調整することかできる。
<Operation> When the piezoelectric element is energized and the curvature of the reflective surface is controlled by the reflective surface curvature control means, the degree of convergence of the laser beam changes, thereby adjusting the spot diameter of the laser beam on the scanning surface to the optimum size. It can be adjusted to

また、反射面曲率制御手段として、スポット径測定手段
を含んだものでは、スポット径を測定しつつ最適な大き
さとなるように圧電素子の通電かフィードバック制御さ
れる。
In addition, when the reflective surface curvature control means includes a spot diameter measuring means, the spot diameter is measured and the energization of the piezoelectric element is feedback-controlled so as to have an optimum size.

前記スポット径測定手段を、走査面からレーザービーム
の進行方向に所定距離離した位置に設けると、スポット
径の変化を焦点深度から外れた部分て精度良く測定する
ことかできるのでスポット径の調整精度か向上する。
If the spot diameter measuring means is installed at a position a predetermined distance away from the scanning surface in the direction in which the laser beam travels, changes in the spot diameter can be accurately measured in areas outside the depth of focus, thereby improving the accuracy of spot diameter adjustment. or improve.

一方、前記反射面曲率制御手段として、実験等によりス
ポット径を最適になるような補正信号を定めておけは、
該補正信号に基づいて圧電素子をオーブンループにより
通電制御することができる。
On the other hand, as the reflecting surface curvature control means, if a correction signal is determined by experiment etc. to optimize the spot diameter,
Based on the correction signal, the piezoelectric element can be controlled to be energized by an oven loop.

その場合、前記補正信号は、回転多面鏡の各反射面毎に
定めれば、反射面毎に相違する補正量に応じて各反射面
の走査で夫々スポット径を最適に調整できる。
In that case, if the correction signal is determined for each reflecting surface of the rotating polygon mirror, the spot diameter can be optimally adjusted by scanning each reflecting surface in accordance with the correction amount that differs for each reflecting surface.

更に、レーザービームの走査位置によっても補正量か相
違する場合に、補正信号を走査位置に応じて定めれは走
査位置に応じて最適なスポット径に調整できる。
Furthermore, if the amount of correction differs depending on the scanning position of the laser beam, the correction signal can be determined according to the scanning position and the spot diameter can be adjusted to the optimum spot diameter according to the scanning position.

〈実施例〉 以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。<Example> Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第1の実施例を示す第1図において、レーザー素子11
から発光されたレーザービームは、コリメータレンズ系
12を通過して略平行光とされた後、反射鏡I3によっ
て反射され、さらに回転多面鏡14によって反射偏向さ
れ、fθレンス群15を通って収束され、感光l・ラム
の表面等で構成される走査面(結像面) 16上に結像
して走査される。その他レーザードライバ、画像処理部
、制御部については前述の従来例と同様であるので説明
を省略する。
In FIG. 1 showing the first embodiment, a laser element 11
The laser beam emitted from the collimator lens system 12 passes through the collimator lens system 12 to become substantially parallel light, is reflected by the reflecting mirror I3, is further reflected and deflected by the rotating polygon mirror 14, and is converged through the fθ lens group 15. The image is formed on a scanning surface (imaging surface) 16 consisting of the surface of a photosensitive ram, etc., and is scanned. The other laser driver, image processing section, and control section are the same as those in the prior art example described above, so their explanation will be omitted.

本発明に係る構成部分について説明すると、前記反射鏡
13の反射面は、第2図(A)に示すように圧電素子1
3aに鏡板13bを貼着して形成される。
To explain the constituent parts according to the present invention, the reflecting surface of the reflecting mirror 13 is connected to the piezoelectric element 1 as shown in FIG. 2(A).
It is formed by attaching a mirror plate 13b to 3a.

一方、走査面16の延長面からレーザービームの進行方
向に所定距離E離れた位置にスポット径測定手段として
のスポット径センサ17を設け、該センサ17からの信
号を、反射面曲率制御手段としての圧電素子駆動回路1
8に人力させる。圧電素子駆動回路■8は、スポット径
センサ17により測定された走査面16上におけるスポ
ット径に基づいて圧電素子13aの駆動信号を演算によ
り設定しつつ、該駆動信号を圧電素子13aに出力し、
電歪効果により圧電素子13aを湾曲させる。これによ
り、圧電素子13aと一体の鏡板13b表面を湾曲させ
て通電量に応じた曲率を持たせ該鏡板13b表面を反射
したレーザービームの収束率を変化させて走査面16で
のスポット径を最適な大きさに制御する。
On the other hand, a spot diameter sensor 17 as a spot diameter measuring means is provided at a position a predetermined distance E away from the extended surface of the scanning surface 16 in the direction of travel of the laser beam, and a signal from the sensor 17 is used as a reflecting surface curvature control means. Piezoelectric element drive circuit 1
Let 8 do the manual work. The piezoelectric element drive circuit (2) 8 sets a drive signal for the piezoelectric element 13a by calculation based on the spot diameter on the scanning surface 16 measured by the spot diameter sensor 17, and outputs the drive signal to the piezoelectric element 13a.
The piezoelectric element 13a is curved by the electrostrictive effect. As a result, the surface of the mirror plate 13b that is integrated with the piezoelectric element 13a is curved to have a curvature according to the amount of current applied, and the convergence rate of the laser beam reflected from the surface of the mirror plate 13b is changed to optimize the spot diameter on the scanning surface 16. control the size.

具体的には、結像面の後方にてビームウェスト状態とな
り、結像面上ではスポット径か大き過ぎると判定された
ときに、第2図(A)に示すように反射面中央部を凹ま
せてレーザービームの収束度を高めてスポット径を小さ
くする。
Specifically, when the beam waist state occurs behind the imaging plane and the spot diameter is determined to be too large on the imaging plane, the central part of the reflecting surface is concave as shown in Figure 2 (A). This increases the degree of convergence of the laser beam and reduces the spot diameter.

第2図(B)は、かかる圧電素子13aの構造と回路機
能を示したもので、この種の圧電素子13aは、バイモ
ルフ型アクチュエータと称され、金属弾性板131を中
心電極として、2枚の薄板状の圧電素子132.133
を貼り合わせた構造となっており、この2枚の素子13
2.133が、中心電極である金属弾性板131 との
間に印加された電圧Vによって湾曲する。具体的に図で
示す無負荷時の湾曲量U。
FIG. 2(B) shows the structure and circuit function of such a piezoelectric element 13a. This type of piezoelectric element 13a is called a bimorph actuator, and has two pieces of metal elastic plate 131 as a center electrode. Thin plate-shaped piezoelectric element 132.133
It has a structure in which these two elements 13 are pasted together.
2.133 is bent by the voltage V applied between the metal elastic plate 131 which is the center electrode. The amount of curvature U when no load is specifically shown in the figure.

は次式で示される。is expressed by the following equation.

Uo =6− d、(I!/l) 2 (1+t、/l
)V [m]但し、dz+:等価圧電定数(230xl
O−12[m/V]■、印加電圧 t:圧電素子13aの厚さ t8 、金属弾性板131の厚さ 1、  金属弾性板131の全長 !:金属弾性板131の自由長(βの約85%)かかる
構成とすれは、軽量、小型な圧電素子13aを駆動する
たけてスポット径調整を行えるため、装置全体の小型軽
量化および低コスト化を図れ、かつ、制御も容易で応答
性にも優れる。
Uo =6-d, (I!/l) 2 (1+t,/l
)V [m] However, dz+: equivalent piezoelectric constant (230xl
O-12 [m/V] ■, applied voltage t: thickness t8 of piezoelectric element 13a, thickness 1 of metal elastic plate 131, total length of metal elastic plate 131! :The free length of the metal elastic plate 131 (approximately 85% of β) allows the spot diameter to be adjusted while driving the lightweight and small piezoelectric element 13a, making the entire device smaller and lighter and lower in cost. It is easy to control and has excellent responsiveness.

因に、圧電素子を利用してレーザー素子やレンズの位置
を制御することも考えられるか、反射面の曲率を変えて
制御する方か圧電素子の変位に対するスポット径の変化
量を大きく採ることかでき、高速応答の点ても優れてい
る。
Incidentally, is it possible to use a piezoelectric element to control the position of the laser element or lens, or to control it by changing the curvature of the reflecting surface, or to increase the amount of change in the spot diameter with respect to the displacement of the piezoelectric element? It is also excellent in terms of high-speed response.

尚、スポット径センサI7によるスポット径の測定は、
環境変化(レンズ系構成部材の熱変形等)等、比較的緩
やかなスポット径変化に対する補正を行う場合には、記
録時の初回のみ測定を行い、或いは所定の周期毎に測定
を行えは十分であるか、回転多面鏡14の各反射面14
a毎の面精度の相違等によって各走査毎に生じるスポッ
ト径の変動(大きさとしては環境変化によるものに比較
して小さい)に対しても補正を行う場合には、走査毎に
スポット径を測定して調整を行う必要かあるのて、状況
に応じて使い分けれはよい。
The spot diameter is measured by the spot diameter sensor I7 as follows:
When making corrections for relatively gradual changes in spot diameter due to environmental changes (such as thermal deformation of lens system components), it is sufficient to measure only the first time during recording or at predetermined intervals. Are there any reflective surfaces 14 of the rotating polygon mirror 14?
When correcting for fluctuations in the spot diameter that occur for each scan due to differences in surface accuracy for each a (the size is smaller than that caused by environmental changes), the spot diameter should be adjusted for each scan. Although it is necessary to measure and make adjustments, it is good to use them depending on the situation.

ここで、使用される鏡板13bの厚さは、1〜3順程度
か好ましく、余り厚くなると、鏡板13bに歪みを与え
るために大きな力か必要になり、実施か困難になる。
Here, the thickness of the end plate 13b used is preferably on the order of 1 to 3. If it becomes too thick, a large force will be required to give distortion to the end plate 13b, making it difficult to implement.

また、圧電素子13aに鏡板13bを貼り付けるには、
接着剤を用いるのが簡単で良い方法であるか、ある程度
の剛性か必要である。鏡板13bの材質に比べて極端に
小さいど圧電素子13aて生じた歪みか接着材部で吸収
されてしまうからである。
Furthermore, in order to attach the mirror plate 13b to the piezoelectric element 13a,
A good and easy method is to use adhesive, or a certain degree of rigidity is required. This is because the strain caused by the piezoelectric element 13a, which is extremely small compared to the material of the end plate 13b, is absorbed by the adhesive portion.

次に、本実施例でスポット径センサ17を走査面16か
らレーザービーム進行方向に所定距離l離して配置した
理由について説明する。ここで、前記所定距離lは、レ
ーザービームの焦点深度の2〜3倍程度(20〜30韮
)に設定されている。
Next, the reason why the spot diameter sensor 17 is arranged at a predetermined distance l from the scanning surface 16 in the laser beam traveling direction in this embodiment will be explained. Here, the predetermined distance l is set to about 2 to 3 times (20 to 30 times) the depth of focus of the laser beam.

通常の光学走査系では、走査面16にレーザービームの
ビームウェストが来るように調整される。
In a typical optical scanning system, the beam waist of the laser beam is adjusted to be on the scanning surface 16.

したかって、スポット系センサ17か走査面16付近に
置かれていると、スポット径か変化したとしても、ピン
トか走査面16の前側て合っていても後ろ側で合ってい
てもスポット径は増大するため、いずれの方向に変化し
たか判断か難しくなる。そこで、ビームウェストから離
れた位置でのスポット径を測定することにより、走査面
16にピントか合っている状態で測定される基準の大き
さに対しての大小を診ることにより何れの側にピントか
ずれているかか的確に判別でき、スポット径を容易に調
整できる。
Therefore, if the spot sensor 17 is placed near the scanning surface 16, even if the spot diameter changes, the spot diameter will increase regardless of whether the focus is on the front side or the rear side of the scanning surface 16. This makes it difficult to judge in which direction the change occurred. Therefore, by measuring the spot diameter at a position away from the beam waist, we can determine which side is in focus by checking the size relative to the reference size measured when the scanning plane 16 is in focus. It is possible to accurately determine whether the spot is misaligned, and the spot diameter can be easily adjusted.

また、コスト高とはなるか、より精度向上を図るために
、走査面の前後に、夫々スポット径センサを配置し、両
者の出力の差がOとなるように圧電素子を駆動制御する
ようにしてもよい。
In addition, in order to increase the cost and improve accuracy, spot diameter sensors are placed before and after the scanning surface, and the drive of the piezoelectric element is controlled so that the difference in output between the two becomes O. You can.

第3図は第2の実施例を示す。図て、第1の実施例と共
通の構成部分については同一符号を付して説明する(そ
の他の実施例についても同様)。
FIG. 3 shows a second embodiment. Components common to those in the first embodiment will be described with the same reference numerals (the same applies to other embodiments).

このものは、回転多面鏡14の前側に結像レンズ21を
配置したものに適用したものである。このタイプ(Po
st−Objectiveタイプ)のものは、レンズ系
かシンプルであり、コスト安になる利点かあるか、図示
点線のように合焦位置か走査面に対して湾曲する像面わ
ん曲と称されるピントずれを生じる。
This device is applied to a device in which an imaging lens 21 is placed in front of a rotating polygon mirror 14. This type (Po
The objective type (st-Objective type) has a simple lens system, and has the advantage of being low cost.As shown by the dotted line in the figure, the focus position is curved with respect to the scanning plane, which is called curvature of field. This will cause a misalignment.

そこで、この像面わん曲の補正を行う。像面わん曲の補
正に関しては、ピントのずれ量は走査位置によって異な
るから、前記実施例のように走査端部でスポット径を測
定しても意味かない。
Therefore, this field curvature is corrected. Regarding correction of field curvature, since the amount of defocus varies depending on the scanning position, it is meaningless to measure the spot diameter at the scanning end as in the above embodiment.

そこで、予め走査位置に対する像面わん曲に対する補正
量のパターンをROM22に書き込んでおき、走査端部
に設けられた主走査同期用(H−3YNC)センサ23
からの同期信号によって、制御回路18が前記パターン
に従って圧電素子13aを駆動して像面わん曲を補正す
る。具体的には、走査位置の中央部付近ではレーザービ
ームの収束状態に変化を与えず、端部に近づくほどレー
ザービームの収束位置を後方にずらすようなパターンの
駆動信号を与えてやればよい。
Therefore, a pattern of the correction amount for the field curvature with respect to the scanning position is written in the ROM 22 in advance, and the main scanning synchronization (H-3YNC) sensor 23 provided at the scanning end is used.
The control circuit 18 drives the piezoelectric element 13a in accordance with the pattern according to the synchronization signal from the synchronous signal from the control circuit 18 to correct the curvature of field. Specifically, a drive signal may be applied in a pattern that does not change the convergence state of the laser beam near the center of the scanning position, but shifts the convergence position of the laser beam backward as it approaches the end.

これにより、レーザービームの収束位置を、略走査面上
に合わせることができる。完全に合焦位置と走査面とを
一致させることは難しいか、4〜5mmに入っていれは
実用上問題ない。
Thereby, the convergence position of the laser beam can be aligned substantially on the scanning plane. It may be difficult to completely match the in-focus position with the scanning plane, but there is no practical problem if it falls within 4 to 5 mm.

また、本実施例の方法で像面わん曲を補正しなから、第
1の実施例の方法を併用してドリフト的なピントすれを
フィードバック補正することも可能である。
Further, instead of correcting field curvature using the method of this embodiment, it is also possible to perform feedback correction of drift-like out-of-focus by using the method of the first embodiment.

第4図は、回転多面鏡の各反射面の状態か予めわかって
いる場合に適用した第3の実施例を示し、回転多面鏡1
4の各反射面14aに対応した補正信号(圧電素子駆動
信号)をROM22に書き込む一方、回転多面鏡14の
各反射面14aを判別する面センサ31(例えば回転多
面鏡14の回転軸に連結されて回転角等により検出)を
設け、これによって判別された反射面14aに対応した
補正信号を用いて圧電素子13aを駆動する。この場合
には、画像領域か終了したと同時に、既に検出されてい
る次の走査の反射面14aの面して状態に応じて圧電素
子13aを駆動できるので、応答性に余裕を持たせるこ
とかできる。
FIG. 4 shows a third embodiment applied when the state of each reflecting surface of the rotating polygon mirror is known in advance.
A correction signal (piezoelectric element drive signal) corresponding to each reflective surface 14a of the rotary polygon mirror 14 is written in the ROM 22, while a surface sensor 31 (for example, connected to the rotation axis of the rotary polygon mirror 14) is written to determine each reflective surface 14a of the rotary polygon mirror 14. The piezoelectric element 13a is driven using a correction signal corresponding to the reflective surface 14a determined based on the rotation angle, etc.). In this case, the piezoelectric element 13a can be driven depending on the state of the reflective surface 14a for the next scan, which has already been detected, at the same time as the image area is completed, so it is possible to provide some margin for responsiveness. can.

更に、前記第3の実施例を変形した第4の実施例として
、回転多面鏡14の各反射面14aの状態(平面度)か
走査位置によっても異なるとき(例えば、第3図に示し
たPo5t−Objectiveタイプのように、像面
わん曲を生じるようなもの)には、走査位置によって異
なるパターン信号を反射面14a毎にROM22に書き
込んでおき、該パターン信号に従って圧電素子13aを
駆動制御するようにする。
Furthermore, as a fourth embodiment that is a modification of the third embodiment, the state (flatness) of each reflecting surface 14a of the rotating polygon mirror 14 differs depending on the scanning position (for example, Po5t shown in FIG. 3). - For objects that cause curvature of field, such as an objective type, a pattern signal that differs depending on the scanning position is written in the ROM 22 for each reflective surface 14a, and the piezoelectric element 13a is driven and controlled according to the pattern signal. Make it.

また、第5図に示すように、積層形の圧電素子4Iの端
部に鏡板42を固定し、該鏡板42の中央部を押引する
ことにより曲率可変な反射面を形成したものを使用して
もよく、コストは高く付くか、得られる力が大きいため
、用途によって使い分ければよい。
Further, as shown in FIG. 5, a mirror plate 42 is fixed to the end of a laminated piezoelectric element 4I, and a reflecting surface with a variable curvature is formed by pushing and pulling the central part of the mirror plate 42. However, since the cost is high or the power obtained is large, it is best to use them depending on the purpose.

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、鏡板と一体の軽量
、小型な圧電素子を駆動するだけでスポット径調整を行
えるため、装置全体の小型軽量化および低コスト化を図
れ、環境による調整は勿論、圧電素子の変位に対するス
ポット径の変化量を大きく採れるので、回転多面鏡の反
射面毎の平面度の相違による走査毎のスポット径の変動
に対しても極めて応答性よく調整することかでき、像面
わん曲等による走査位置に対してのスポット径変化に対
しても良好な調整を行えるものである。
<Effects of the Invention> As explained above, according to the present invention, the spot diameter can be adjusted simply by driving the light and small piezoelectric element integrated with the end plate, making it possible to reduce the size, weight, and cost of the entire device. Not only can it be adjusted depending on the environment, but the spot diameter can be greatly changed due to the displacement of the piezoelectric element, so it is extremely responsive to fluctuations in the spot diameter for each scan due to differences in flatness of each reflecting surface of the rotating polygon mirror. It is also possible to make good adjustments to changes in the spot diameter with respect to the scanning position due to curvature of field or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1の実施例を示すシステム構成図、
第2図(A)は同上実施例に使用される反射板の構造を
示す拡大断面図、同図(B)は同じく圧電素子の構造1
回路機能を示す断面図、第3図は本発明の第2の実施例
を示すシステム構成図、第4図は本発明の第3の実施例
を示すシステム構成図、第5図は反射板の変形態様を示
す断面図、第6図は従来のスポット径調整装置の例を示
すシステム構成図、第7図は同上従来例のバーコードフ
ィルタ部分を示す拡大図、第8図(A)。 (B)は同じくスポット位置による透過光量を示す断面
図、第9図(A)、  (B)は同じくスポット径と透
過光量との関係を示す線図、第10図は回転多面鏡の反
射面の1つの平面度か悪いときのスポット径の状態を示
す図である。 11・・・レーザー素子  12・・・コリメータレン
ズ13−・・反射板  13a、 41−・・圧電素子
  13b、 42・・鏡板 14・・・回転多面鏡 
 15・・・fθレンズ  16・・走査面  17・
・・スポット径センサ  18・・・制御回路 21・
・・結像レンズ  22・・・ROM   23・・主
走査同期センサ  31・・・面センサ 第1図 特許出願人    コニカ株式会社 代理人 弁理士 笹 島  富二雄 第2図 (A) (B) (A) n (A) 第9図 吋皆1 第10図 (B)
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a first embodiment of the present invention;
FIG. 2(A) is an enlarged sectional view showing the structure of the reflector plate used in the above embodiment, and FIG. 2(B) is the structure 1 of the piezoelectric element.
3 is a system configuration diagram showing the second embodiment of the present invention, FIG. 4 is a system configuration diagram showing the third embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing the structure of the reflector. FIG. 6 is a system configuration diagram showing an example of a conventional spot diameter adjusting device; FIG. 7 is an enlarged view showing a bar code filter portion of the conventional example; FIG. 8 (A). (B) is a cross-sectional view showing the amount of transmitted light depending on the spot position, FIGS. 9(A) and (B) are diagrams showing the relationship between the spot diameter and the amount of transmitted light, and FIG. FIG. 3 is a diagram showing the state of the spot diameter when one of the flatness is poor. 11... Laser element 12... Collimator lens 13... Reflection plate 13a, 41-... Piezoelectric element 13b, 42... Mirror plate 14... Rotating polygon mirror
15... fθ lens 16... scanning surface 17.
・・Spot diameter sensor 18・・Control circuit 21・
...Imaging lens 22...ROM 23...Main scanning synchronization sensor 31...Surface sensor Figure 1 Patent applicant Konica Corporation representative Patent attorney Fujio Sasashima Figure 2 (A) (B) (A ) n (A) Figure 9 Iminari 1 Figure 10 (B)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)レーザービームを反射面で反射する経路を経て走
査面上に走査するレーザー走査系において、前記反射面
を圧電素子に鏡板を貼着して形成すると共に、該圧電素
子を通電駆動して反射面の曲率を制御することにより走
査面上のレーザービームのスポット径を調整する反射面
曲率制御手段を設けたことを特徴とするレーザー走査系
のスポット径調整装置。
(1) In a laser scanning system in which a laser beam is scanned on a scanning surface via a path of reflection on a reflecting surface, the reflecting surface is formed by attaching a mirror plate to a piezoelectric element, and the piezoelectric element is driven with electricity. 1. A spot diameter adjusting device for a laser scanning system, comprising a reflective surface curvature control means for adjusting the spot diameter of a laser beam on a scanning surface by controlling the curvature of the reflective surface.
(2)前記反射面曲率制御手段は、走査面上のレーザー
ビームのスポット径を測定するスポット径測定手段を含
み、該スポット径測定手段からの出力信号に基づいて圧
電素子を通電駆動してなる請求項1に記載のレーザー走
査系のスポット径調整装置。
(2) The reflective surface curvature control means includes a spot diameter measuring means for measuring the spot diameter of the laser beam on the scanning surface, and is configured by energizing and driving a piezoelectric element based on an output signal from the spot diameter measuring means. The spot diameter adjustment device for a laser scanning system according to claim 1.
(3)前記スポット径測定手段は、走査面からレーザー
ビームの進行方向に所定距離離した位置に配設されてな
る請求項2に記載のレーザー走査系のスポット径調整装
置。
(3) The spot diameter adjusting device for a laser scanning system according to claim 2, wherein the spot diameter measuring means is disposed at a position a predetermined distance away from the scanning surface in the traveling direction of the laser beam.
(4)前記反射面曲率制御手段は、予め定められた補正
信号に基づいて圧電素子を通電駆動してなる請求項1に
記載のレーザー走査系のスポット径調整装置。
(4) The spot diameter adjusting device for a laser scanning system according to claim 1, wherein the reflective surface curvature control means is configured by driving a piezoelectric element by energizing it based on a predetermined correction signal.
(5)前記補正信号は、レーザービームを偏向させる回
転多面鏡の各反射面毎に反射面の状態に応じて定められ
ている請求項4に記載のレーザー走査系のスポット径調
整装置。
(5) The spot diameter adjustment device for a laser scanning system according to claim 4, wherein the correction signal is determined for each reflecting surface of a rotating polygon mirror that deflects the laser beam, depending on the state of the reflecting surface.
(6)前記補正信号は、レーザービームの走査位置によ
って変化するように定められている請求項4又は5に記
載のレーザー走査系のスポット径調整装置。
(6) The spot diameter adjusting device for a laser scanning system according to claim 4 or 5, wherein the correction signal is determined to change depending on the scanning position of the laser beam.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102288372A (en) * 2011-09-08 2011-12-21 洛阳兰迪玻璃机器有限公司 Vacuum glass sealing performance on-line detection method and device thereof
US8576267B2 (en) 2011-05-24 2013-11-05 Ricoh Company, Limited Optical writing device, image forming apparatus, optical writing method, and computer-readable recording medium

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