JPH06235873A - 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
補正と、被走査面上を走査する光ビームのスポット形状
の検出とを、簡単かつ正確に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と同一
の面上に配置され、第２の光検出体１０ｂは該被走査面
１１の前方に配置されている。該光検出体１０ａと１０
ｂの出力は第１、第２の立上がり時間検出回路により立
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、スポ
ット判定回路１８は前記立上がり時間Δｔ1 から、被走
査面上を走査する光ビームのスポット形状を検出する。

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
量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、光ビーム
の集束位置が被走査面上の前後のどちらにずれているか
はわかり、集束位置を被走査面上に近ずける制御はでき
るが、実際の走査面上での光ビームの形状はわからない
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
の補正と、被走査面上を走査する光ビームのスポット形
状の検出とを、同時に、簡単かつ正確にできる集光位置
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に配置され、ナイフエ
ッジにより切断された光ビームが入力する第１の光検出
体と、該被走査面の前後のいずれか一方に配置され、ナ
イフエッジにより切断された光ビームが入力する第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
り時間検出回路からの出力に基づいて、光ビームの被走
査面からの集束位置ずれを補正する手段と、前記第１の
立上がり時間検出回路の出力から被走査面上のビーム形
状を検出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、前記第１および第２の光検出
体から出力された立上がり時間を比較することにより、
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。また、これと同時に、前記被走査
面上の第１の光検出体からの立上がり時間により、被走
査面上の光ビームの径あるいは形状も検出できる。

【００１３】

【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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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
集束位置のずれ量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該ずれ量を補正する
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形状を検出す
るスポット判定回路である。

【００１７】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。

【００１８】図２は、集光位置検出装置の拡大図を示
す。本実施例では、被走査面である記録媒体面の延長上
に配置されたナイフエッジ９ａと光検出体１０ａとから
なる第１の集光位置検出部と、該記録媒体面から距離Ｄ
だけ離れた位置に配置されたナイフエッジ９ｂと光検出
体１０ｂとからなる第２の集光位置検出部とから構成さ
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にほぼ等しくするのが好適で
ある。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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の出力は比較演算回路１３とスポット
判定回路１８に送られ、一方前記タイマ２２ｂの出力は
比較演算回路１３に送られる。

【００２３】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および第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。

【００２４】この時間Δｔ1 は、前記被走査面である記
録媒体１１上を走査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。

【００２５】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
向に走査する。

【００２６】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。

【００２７】光ビーム１７は記録媒体１１上を走査する
前に、ナイフエッジ９ｂ、９ａで切断され前記光検出体
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。

【００２８】第１の立上がり時間検出回路１２ａで検出
された立上がり時間Δｔ1 は比較演算回路１３とスポッ
ト判定回路１８に送られる。一方、第２の立上がり時間
検出回路１２ｂで検出された立上がり時間Δｔ2 は比較
演算回路１３に送られる。

【００２９】比較演算回路１３は、前記立上がり時間Δ
ｔ1 とΔｔ2 との差を演算し、その演算結果を制御回路
１４に出力する。制御回路１４は、該演算結果であるず
れ量に応じた補正信号である制御信号を圧電素子駆動回
路１５に出力する。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。

【００３０】また、前記第１の立上がり時間検出回路１
２ａで検出された立上がり時間Δｔ1 はスポット判定回
路１８に入力する。該スポット判定回路１８は記録媒体
１１上を走査する光ビームスポットの形状を現す情報を
提供する。これによって、該光ビームスポットの形状を
モニタしたり、あるいは光ビームスポット径が所望の大
きさであるか否かを判定することができる。

【００３１】なお、該光ビームスポット径の判定結果に
基づいて、前記制御回路１４の動作をオンオフするよう
にしてもよい。あるいは、常時は、第１の立上がり時間
検出回路１２ａのみを動作させておいて、スポット判定
回路１８によりスポット径を検知し、そのスポット径が
予定の大きさより大きくなった場合に、第２の立上がり
時間検出回路１２ｂを動作させて、光ビームのスポット
径を自動的に調整させるようにしてもよい。

【００３２】以上のように、本実施例によれば、レーザ
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、レーザビーム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。

【００３３】次に、本発明の第２実施例を説明する。こ
の実施例が第１実施例と異なる点は、前記比較演算回路
１３に、立上がり時間Δｔ1 とΔｔ2 とを比較し、光ビ
ーム１７の集光位置が記録媒体１１の上下のどちらに、
どの程度ずれているかを判断する機能を持たせた点であ
る。

【００３４】すなわち、比較演算回路１３は図６に示さ
れてるように、まず前記立上がり時間Δｔ1 がΔｔ2 よ
り小さいか否かの判断をする。この判断が肯定であれば
ステップＳ２に進み、Δｔ1 とΔｔ2 の差が予定の時間
差Ｔ1 以下か否かの判断をする。この判定が肯定の時に
は、光ビーム１７の集光位置は記録媒体１１上にあると
判定する。

【００３５】しかしながら、前記Δｔ1 ≧Δｔ2 の時
（ステップＳ１が否定）にはステップＳ３に進んで、集
光位置を矢印Ｃ方向とは反対方向に移動させるべきであ
ると判定し、所定の信号を出力する。また、Δｔ2 −Δ
ｔ1 ≦Ｔ1 が不成立の時には、ステップＳ４に進んで、
集光位置を矢印Ｃ方向に移動させるべきであると判定
し、所定の信号を出力する。

【００３６】図７は、前記比較演算回路１３の一回路例
を示している。１３ａ、１３ｃは比較器、１３ｂは減算
回路、１３ｄは基準値Ｔ1 である。該回路の出力（ａ1
，ａ2 ）が、（０，０）の時には、前記ステップＳ１
が否定になるので、制御回路１４は集光位置を矢印Ｃ方
向とは反対方向に移動させるべきであると判断する。
（１，１）の時には、ステップＳ１は肯定、Ｓ２は否定
になるので、制御回路１４は集光位置を矢印Ｃ方向に移
動させるべきであると判断する。さらに、（１，０）の
時には、前記ステップＳＳ１とＳ２が共に肯定になるの
で、制御回路１４は被走査面上に光ビームの焦点が合っ
ていると判断する。

【００３７】以上の構成を有する第２実施例において
も、第１実施例と同様の効果を期待することができる。

【００３８】なお、前記第１、第２実施例においては、
光検出体１０ｂを記録媒体１１の前方に配置したが、本
発明はこれに限定されず、記録媒体１１の後方に配置す
るようにしてもよい。

【００３９】

【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、被走査面上と、その前又は後に
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。また、これと同時に、前記被走査面上の光検出体
からの立上がり時間により、被走査面上の光ビームの形
状も検出できるという効果がある。

【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】 本発明の第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７】 該第２実施例の比較演算回路の一具体回路例
を示す図である。

【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…スポット判定回路。

Claims (1)

【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に配置され、ナイフ
   エッジにより切断された光ビームが入力する第１の光検
   出体と、 該被走査面の前後のいずれか一方に配置され、ナイフエ
   ッジにより切断された光ビームが入力する第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からの出力に
   基づいて、光ビームの被走査面からの集束位置ずれを補
   正する手段と、 前記第１の立上がり時間検出回路の出力から被走査面上
   のビーム形状を検出する手段とを具備したことを特徴と
   する走査光学装置。