JPH06235871A - 走査光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光ビームの被走査面からの集束位置のずれの補
正を、簡単かつ高い信頼性でできる集光位置検出装置を
備えた走査光学装置を提供すること。 【構成】 第１の光検出体１０ａは被走査面１１の後方
に、焦点深度だけ離れて配置され、第２の光検出体１０
ｂは該被走査面１１の前方に前記と同距離離れて配置さ
れている。該光検出体１０ａと１０ｂの出力は第１、第
２の立上がり時間検出回路１２ａ、１２ｂにより立上が
り時間Δｔ1 、Δｔ2 を検出される。この立上がり時間
Δｔ1 とΔｔ2 は比較演算回路１３に送られ、それらの
大小から前記被走査面１１上を照射している光ビームの
焦点ずれが検出される。制御回路１４は該焦点ずれを補
正する信号を出力する。また、これと同時に、ＯＫ・Ｎ
Ｇ判定回路１８は前記焦点ずれが許容範囲内にあるか否
かを判定し、許容範囲内にない場合に、前記制御回路１
４を起動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は走査光学装置に関し、特
に被走査面上に集光走査される光ビームの集光位置ずれ
を検出して補正すると共に、被走査面上の光ビームの形
状を検出できる集光位置検出装置を備えた走査光学装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】被走査面である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（すなわち、ビームウェスト位
置）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。

【０００３】また、レーザプリンタ等の装置に使用され
る走査光学装置においては、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、該光学部品
を搭載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。

【０００４】集光位置が被走査面上からずれると、被走
査面上に照射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。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、被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。

【０００５】このような要請に基づいて提案された先行
技術として、例えば特開昭６１−１０７６９号公報、特
開平１−２３７６１４号公報等がある。

【０００６】特開昭６１−１０７６９号公報は、被走査
面上にナイフエッジで形成される１個の光検出器と、ス
ポット光を回転させるイメージローテータとを設け、ス
ポット光の形状を検知できるようにしたものである。

【０００７】また、特開平１−２３７６１４号公報は、
被走査面上を走査する光ビームよりも狭い幅のスリット
で形成される光検出器を被走査面の前後に配置して、被
走査面上の光ビームの集束位置のずれ量を検出するよう
にしたものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た第１の先行技術によれば、被走査面上を走査する光ビ
ームが異常になった時に、光ビームの集束位置がどちら
の方向にずれているのかわからないため、光ビームの集
束のずれ方向を探しながら調整する必要が生じ、調整に
時間がかかるという問題があった。

【０００９】また、第２の先行技術によれば、前記スリ
ット幅が光ビーム径以下に形成されているため、ごみや
埃等によりスリットがふさがれるため、安定的に光ビー
ムのスポット径を検出することができないという問題が
あった。

【００１０】本発明の目的は、前記した従来技術の問題
点を除去し、光ビームの被走査面からの集束位置のずれ
の補正を、簡単かつ高い信頼性でできる集光位置検出装
置を備えた走査光学装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、被走査面上に光ビームを集束して、主走
査方向に走査するようにした走査光学装置において、前
記被走査面と光学的に等価な位置の前後であって、該被
走査面から焦点深度とほぼ同距離だけ離れた位置に配置
された、ナイフエッジにより切断された光ビームを入力
とする第１および第２の光検出体と、前記第１および第
２の光検出体の出力信号から、それらの立上がり時間を
検出する第１および第２の立上がり時間検出回路と、該
第１および第２の立上がり時間検出回路を比較演算する
ことにより、光ビームの集束位置のずれ方向を検出する
手段と、前記光ビームの集束位置のずれを補正する手段
とを具備した点に特徴がある。

【００１２】

【作用】本発明によれば、被走査面から焦点深度とほぼ
同距離だけ離れた位置の光ビームのスポット径を求める
ことができるので、その大小を比較することにより、光
ビームの集束位置のずれ方向を検出することができる。

【００１３】この時、本発明ではナイフエッジにより切
断された光ビームの立上がり時間により光ビームのスポ
ット径を求めるようにしているので、該スポット径を容
易に求めることができると共に、ごみや埃等の影響を受
けることがない。

【００１４】

【実施例】以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説
明する。図１は、本発明の光走査装置の一実施例の概略
の構成図を示す。

【００１５】図において、１はレーザ光を出射する半導
体レーザ、２は半導体レーザ固定部材、３は該半導体レ
ーザ１を光軸方向に調節する圧電素子、４はコリメータ
レンズ固定部材、５はレーザ光を平行光にするコリメー
タレンズである。

【００１６】また、６はシリンダレンズ、７はレーザ光
を主走査方向に偏向する回転多面鏡、８はｆθレンズ、
１１は被走査面である記録媒体である。また、９ａ、９
ｂはナイフエッジ、１０ａ、１０ｂは光検出体であり、
１２ａ、１２ｂはそれぞれ光検出体１０ａ、１０ｂの出
力の立上がり時間を検出する第１、第２の立上がり時間
検出回路である。

【００１７】さらに、１３は前記第１、第２の立上がり
時間検出回路１２ａ、１２ｂの出力の差から光ビームの
集束位置のずれ方向を求める比較演算回路、１４は該比
較演算回路１３からの出力に基づいて制御信号を出力す
る制御回路、１５は該制御信号を受けて前記圧電素子３
を駆動する圧電素子駆動回路である。１６は前記半導体
レーザ１から出射されるレーザ光を変調するＬＤ駆動回
路である。１７は光ビーム、１８は前記記録媒体１１上
を走査する光スポットの径が許容範囲内にあるか否かを
判断し、制御回路１４の制御の開始を指示するＯＫ・Ｎ
Ｇ判定回路である。

【００１８】また、図中のＡは回転多面鏡７の回転方
向、Ｂは光ビームの主走査方向、Ｃは該光ビームの集光
位置のずれ方向を示す。また、１０ａ1 、１０ｂ1 は、
それぞれ光検出体１０ａ、１０ｂの出力信号、Δｔ1 、
Δｔ2 は第１、第２の立上がり時間検出回路１２ａ、１
２ｂの出力である立上がり時間を示す。

【００１９】図２は、集光位置検出装置の拡大図を示
す。本実施例では、ナイフエッジ９ａと光検出体１０ａ
とからなる第１の集光位置検出部は、被走査面である記
録媒体面の後方に距離Ｄだけ離れた位置に配置され、ナ
イフエッジ９ｂと光検出体１０ｂとからなる第２の集光
位置検出部は、該記録媒体面の前方に距離Ｄだけ離れた
位置に配置されている。なお、前記距離Ｄとしては、被
走査面上を照射する光ビームの焦点深度と同一またはほ
ぼ等しくするのが好適である。

【００２０】次に、前記第１、第２の立上がり時間検出
回路１２ａ、１２ｂの一具体例の回路図を、図３を参照
して説明する。なお、図３中の図１と同符号は、同一ま
たは同等物を示す。

【００２１】第１の立上がり時間検出回路１２ａは、第
１の比較器２１ａと第２の比較器２１ｂとタイマ２２ａ
とから構成されている。また、第２の立上がり時間検出
回路１２ｂは、第３の比較器２１ｃと第４の比較器２１
ｄとタイマ２２ｂとから構成されている。

【００２２】前記第１および第３の比較器２１ａ、２１
ｃは光検出体１０ａ、１０ｂからの入力信号を第１の基
準値Ｖref1と比較し、該入力信号が該第１の基準値Ｖre
f1以上になるとＨレベルの信号を出力する。タイマ２２
ａ、２２ｂは、比較器２１ａ、２１ｃの出力がＨレベル
になると時間のカウントを開始する。

【００２３】また、前記第２および第４の比較器２１
ｂ、２１ｄは光検出体１０ａ、１０ｂからの入力信号を
第２の基準値Ｖref2と比較し、該入力信号が該第２の基
準値Ｖref2以上になるとＨレベルの信号を出力する。タ
イマ２２ａ、２２ｂは、比較器２１ａ、２１ｃの出力が
Ｈレベルになると時間のカウントを停止する。そして、
前記タイマ２２ａ、２２ｂの出力は比較演算回路１３と
ＯＫ・ＮＧ判定回路１８に送られる。

【００２４】図４は図３の回路の主要部の信号の波形図
を示すものであり、光検出体１０ａから波形１０ａ1 の
信号が出力されると、この信号は第１および対２の比較
器２１ａ、２１ｂにより、それぞれＶref1とＶref2と比
較され、第１の比較器２１ａからは波形２１a1の信号、
第２の比較器２１ｂからは波形２１b1の信号が出力され
る。そして、タイマ２２ａは、前記波形２１a1の立上が
りから波形２１b1の立上がりまでの時間Δｔ1 を検出す
る。

【００２５】この時間Δｔ1 は、前記光検出体１０ａ上
を通過する光ビームのスポット径に依存している。すな
わち、図５に示されているように、光ビーム１７のスポ
ット径が小さいと前記波形１０a1の立上がりが急俊にな
るため、時間Δｔ1 は小さくなり、逆に、前記スポット
径が大きいと前記波形１０a1の立上がりが緩やかになる
ため、時間Δｔ1 は大きくなる。

【００２６】次に、図１の実施例の動作を、詳細に説明
する。ＬＤ駆動回路１６によって変調された光ビーム１
７は、コリメータレンズ５、シリンダレンズ６を経て回
転多面鏡７に当る。該回転多面鏡７は矢印Ａ方向に等速
で回転しているので、光ビーム１７は記録媒体１１上を
矢印Ｂ方向に走査する。この時、ｆθレンズ８の作用に
より、光ビーム１７は記録媒体１１上を等速で主走査方
向（Ｂ方向）に走査する。

【００２７】また、該記録媒体１１は前記矢印Ｂ方向と
は直角の方向に等速で回転させられているので、光ビー
ム１７は記録媒体１１を副走査方向にも走査する。

【００２８】光ビーム１７は記録媒体１１上を走査する
前に、前記光検出体１０ｂと１０ａに入力する。該光検
出体１０ａと１０ｂから出力された光ビームの検出信号
１０ａ1 、１０ｂ1 は、第１、第２の立上がり時間検出
回路１２ａと１２ｂで、それぞれの立上がり時間を検出
される。

【００２９】第１、第２の立上がり時間検出回路１２
ａ、１２ｂで検出された立上がり時間Δｔ1 、Δｔ2 は
比較演算回路１３とＯＫ・ＮＧ判定回路１８に送られ
る。比較演算回路１３は、前記立上がり時間Δｔ1 とΔ
ｔ2 とを比較し、光ビーム１７の集光位置が記録媒体１
１の上下のどちらに、どの程度ずれているかを判断す
る。

【００３０】すなわち、比較演算回路１３は、図６に示
されてるように、まずステップＳ１にて、Δｔ1 ＞Δｔ
2 が成立するか否かの判断をする。この判断が肯定の時
には、ステップＳ２に進んで、該集光位置を矢印Ｃと反
対方向に移動させるように指示する。一方、Δｔ1 ＞Δ
ｔ2 が不成立の時には、ステップＳ３に進んで、該集光
位置を矢印Ｃ方向に移動させるように指示する。比較演
算回路１３から出力された信号は、制御回路１４に入力
する。

【００３１】前記ＯＫ・ＮＧ判定回路１８は、図７に示
されているように、ステップＳ４にて、立上がり時間Δ
ｔ1 とΔｔ2 の差の絶対値が予め定められた基準値Ｔ1
より小さいか否かの判断をする。そして、この判断が肯
定の場合には、ステップＳ５に進んで、光ビーム１７の
集光位置は記録媒体１１上にあると判定し、調整不要の
信号を出力する。一方、該判断が否定の場合には、ステ
ップＳ６に進んで、調整要の信号を出力する。

【００３２】該制御回路１４は、前記ＯＫ・ＮＧ判定回
路１８から調整要の信号を出力すると、前記比較演算回
路１３からの指示に基づいて、圧電素子駆動回路１５の
制御信号を出力する。該圧電素子駆動回路１５は該制御
信号により、半導体レーザ１あるいはコリメータレンズ
５を光軸方向に移動させる。

【００３３】以上のように、本実施例によれば、光ビー
ム１７が長時間射出され続けたりして、環境温度が変化
したり、光学系を搭載している定盤が伸張したり、ある
いはコリメータレンズ５の屈折率が変化したりして、集
光位置が矢印Ｃ方向又はその逆方向に移動しても、光ビ
ーム１７の集光位置を逐次検出し、光学系の集光位置を
高精度で補正することができる。

【００３４】次に、本発明の第２実施例を図８を参照し
て説明する。この実施例が前記第１実施例と異なる点
は、前記ＯＫ・ＮＧ判定回路１８を除去し、比較演算回
路１３に、図９に示されているような機能を付与した点
である。

【００３５】すなわち、比較演算回路１３は、ステップ
Ｓ１１において、（Δｔ1 −Δｔ2）の絶対値が予め定
められた基準値Ｔ1 以下であるか否かの判断をし、この
判断が肯定であれば、動作を終了する。一方、この判断
が否定であれば、ステップＳ１２に進んで、Δｔ1 ＞Δ
ｔ2 が成立するか否かの判断をする。そして、この判断
が肯定の時には、ステップＳ１３に進んで、光ビームの
集光位置を前記矢印Ｃと反対方向に移動させるように指
示する。逆に、この判断が否定の時には、ステップＳ１
４に進んで、前記矢印Ｃと同方向に移動させるように指
示する。

【００３６】制御回路１４は、該比較演算回路１３から
指示を受けると、該指示に従って、半導体レーザ１ある
いはコリメータレンズ５を光軸方向に移動させる制御信
号を圧電素子駆動回路１５に出力する。

【００３７】次に、図１０に、前記比較演算回路１３の
一回路例を示す。図において、１３ａは（Δｔ1 −Δｔ
2 ）の絶対値演算部、１３ｂ、１３ｃは比較器、１３ｄ
は基準値（＝Ｔ1 ）、１３ｅは論理積回路である。

【００３８】該比較演算回路１３の出力（ａ1 ，ａ2 ）
が、（１，０）の時には、制御回路１４は前記ステップ
Ｓ１３の指示があったものと判断する。また、（１，
１）の時には、制御回路１４は前記ステップＳ１４の指
示があったものと判断する。また、（０，０）の時に
は、光ビーム１７の集光位置は記録媒体１１上にあると
判断する。

【００３９】本実施例においても、前記第１実施例と同
等の効果を期待することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、光検出体を、被走査面の前と後に配置し、該
２つの光検出体から出力された立上がり時間を比較し、
半導体レーザまたはコリメータレンズの位置を光軸方向
に調節するようにしたので、被走査面からの光ビームの
集光位置のずれを自動的に補正することができる。

【００４１】また、本発明では、第１および第２の光検
出体にナイフエッジにより切断された光ビームを入力す
るようにしているので、ごみや埃等の影響を受けない信
頼性の高い走査光学装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の概略の構成図である。

【図２】 図１の光検出体の拡大説明図である。

【図３】 図１の立上がり検出回路の一具体例を示す回
路図である。

【図４】 図３の要部の信号の波形図である。

【図５】 立上がり時間が、光ビームスポットの大小に
依存することを示す図である。

【図６】 比較演算回路の動作の一例を示すフローチャ
ートである。

【図７】 ＯＫ・ＮＧ判定回路の動作の一例を示すフロ
ーチャートである。

【図８】 本発明の第２実施例の概略の構成図である。

【図９】 第２実施例の比較演算回路の動作の一例を示
すフローチャートである。

【図１０】 第２実施例の比較演算回路の一具体例を示
す回路図である。

【符号の説明】

１…半導体レーザ、３…圧電素子、４…コリメータレン
ズ固定部材、５…コリメータレンズ、６…シリンダレン
ズ、７…回転多面鏡、８…ｆθレンズ、１１…記録媒
体、９ａ、９ｂ…ナイフエッジ、１０ａ、１０ｂ…光検
出体、１２ａ、１２ｂ…第１、第２の立上がり時間検出
回路、１３…比較演算回路、１４…制御回路、１５…圧
電素子駆動回路、１６…ＬＤ駆動回路、１７…光ビー
ム、１８…ＯＫ・ＮＧ判定回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被走査面上に光ビームを集束して、主走
   査方向に走査するようにした走査光学装置において、 前記被走査面と光学的に等価な位置の前後であって、該
   被走査面から焦点深度とほぼ同距離だけ離れた位置に配
   置された、ナイフエッジにより切断された光ビームを入
   力とする第１および第２の光検出体と、 前記第１および第２の光検出体の出力信号から、それら
   の立上がり時間を検出する第１および第２の立上がり時
   間検出回路と、 該第１および第２の立上がり時間検出回路を比較演算す
   ることにより、光ビームの集束位置のずれ方向を検出す
   る手段と、 前記光ビームの集束位置のずれを補正する手段とを具備
   したことを特徴とする走査光学装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の走査光学装置において、 前記第１および第２の立上がり時間検出回路からの出力
   に基づき、集束位置のずれ量が許容範囲内にあるか否か
   を判断するＯＫ・ＮＧ判定手段を具備し、 前記ずれ量が許容範囲内にない時に、前記光ビームの集
   束位置のずれを補正するようにしたことを特徴とする走
   査光学装置。