JPH08201713A - レーザビーム走査光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 焦点ずれの検出能力が高く、かつ、極めて短
時間で合焦調整が可能なレーザビーム走査光学装置を得
る。 【構成】 レーザダイオード１、フォーカシングレンズ
３、ポリゴンミラー６、ｆθレンズ７を主たる構成要素
とし、感光体ドラム３０へ画像を印字するレーザビーム
走査光学装置。感光体ドラム３０の表面と光学的に等価
位置にビーム検出器１０が設置されている。この検出器
１０はビーム走査方向ｂに配列された傾きの異なる三つ
の空間格子を有するフィルタ１１とこのフィルタ１１を
透過したレーザビームを受光する光電変換素子１２とで
構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザビーム走査光学
装置、特に、レーザプリンタやデジタル複写機に画像印
字手段として組み込まれるレーザビーム走査光学装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、レーザプリンタやデジタル複写機
に画像印字手段として組み込まれるレーザビーム走査光
学装置は、画質向上のために高密度での印字を可能とさ
れている。このため、被走査面（感光体）上でのレーザ
ビームのスポット径は小さくなり、焦点の許容深度が浅
くなってきている。そして、環境の変化、特に、使用中
に光学装置が発熱して光学素子やそのホルダが熱膨張を
生じると、集光位置が被走査面の前後方向にずれ、その
ずれは高画質を維持するうえで許容できなくなってき
た。

【０００３】このような問題点に対処するため、特開平
２−５１１１９号公報に記載の装置では、単一の格子フ
ィルタを備えた検出素子でレーザビームの集光状態を検
出し、レンズを最適位置に移動させている。また、特開
平４−１５５３０４号公報に記載の装置では、被走査面
の前後に配置されたナイフエッジと光電変換素子とで構
成した検出器でレーザビームの集光状態を検出し、レン
ズを最適位置へ移動させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前者（特開
平２−５１１１９号公報）では、単一の格子フィルタを
用いているため、集光位置が前ピント状態か後ピント状
態かの判別ができず、レンズを前又は後に移動させて合
焦調整を行う必要があり、迅速な調整ができない。特
に、印字ページ間の短い時間（数百ミリ秒）で合焦調整
を行うことは困難であり、連続ページ印字時に焦点が微
妙にずれてしまう不都合がある。

【０００５】また、後者（特開平４−１５５３０４号公
報）では、ナイフエッジを用いているため、集光位置の
ずれが前か後かは判別できるものの、レーザビームの検
出波形が単発であり、検出値が不安定である。このた
め、検出能力が低いという不都合を有している。

【０００６】そこで、本発明の目的は、焦点ずれの検出
能力が高く、かつ、極めて短時間で合焦調整が可能なレ
ーザビーム走査光学装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】以上の目的を達
成するため、本発明に係るレーザビーム走査光学装置
は、レーザビームの走査方向に配列された傾きの異なる
複数の空間格子を有するフィルタと該フィルタを透過し
たレーザビームを受光する光電変換素子とからなるビー
ム検出手段を、被走査面と光学的に等価位置に設置し
た。

【０００８】レーザビームは集光位置が被走査面上の前
又は後にずれると、ビームスポットの傾きが異なる。格
子の傾きの異なる複数の空間格子を透過したビームを検
出することで、集光位置のずれ自体とビームスポットの
傾き、即ち、ずれが被走査面の前方か後方かを判別でき
る。従って、ビーム集光位置を調整するための光学素子
を前後いずれかの方向にのみ駆動すれば合焦調整が完了
する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明に係るレーザビーム走査光学装
置の実施例について添付図面を参照して説明する。図１
において、レーザビーム走査光学装置は、レーザダイオ
ード１と、コリメータレンズ２と、フォーカシングレン
ズ３と、シリンドリカルレンズ４と、平面ミラー５とポ
リゴンミラー６と、ｆθレンズ７（レンズ７ａ，７ｂ，
７ｃから構成されている）と平面ミラー８と、ビーム検
出器１０とで構成されている。

【００１０】レーザダイオード１は図示しない駆動回路
に入力された印字データに基づいて変調（オン、オフ）
制御され、オン時にレーザビームを放射する。このレー
ザビームはコリメータレンズ２で略平行に収束され、フ
ォーカシングレンズ３で集光位置を調整され（以下に詳
述する）、シリンドリカルレンズ４から平面ミラー５を
介してポリゴンミラー６に到達する。

【００１１】ポリゴンミラー６は回転軸６ａを中心とし
て矢印ａ方向に一定速度で回転駆動される。レーザビー
ムはポリゴンミラー６の回転に基づいて各偏向面で等角
速度に偏向され、ｆθレンズ７に入射する。ｆθレンズ
７を透過したレーザビームは平面ミラー８で反射された
後、感光体ドラム３０上に集光され、感光体ドラム３０
上を矢印ｂ方向に走査する。ｆθレンズ７は主に前記ポ
リゴンミラー６で等角速度で偏向されたレーザビームを
被走査面（感光体ドラム３０）上での主走査速度を等速
に補正、即ち、歪曲収差を補正する機能を有している。

【００１２】感光体ドラム３０は矢印ｃ方向に一定速度
で回転駆動され、ポリゴンミラー６による矢印ｂ方向へ
の主走査とドラム３０の矢印ｃ方向への副走査によって
ドラム３０上に画像（静電潜像）が形成される。

【００１３】また、レーザビームの主走査方向先端部の
レーザビームはミラー１５で反射され、シリンドリカル
レンズ１６を透過して光センサ１７へ入射する。光セン
サ１７から出力されるビーム検出信号は、１走査ライン
ごとに印字開始位置を決めるための垂直同期信号を発生
させる。

【００１４】フォーカシングレンズ３はベース板２０上
に取り付けられ、ベース板２０の側面に形成したラック
２０ａにはステッピングモータ２１の出力ピニオン２２
が噛合している。制御部２３によってステッピングモー
タ２１を正転あるいは逆転させることにより、レンズ３
は光軸上で前後方向に移動可能であり、この移動によっ
てレーザビームの感光体ドラム３０上での集光位置が調
整される。

【００１５】ビーム検出器１０は、被走査面と光学的に
等価位置に設置され、被走査面上でのレーザビームの集
光状態を検出する。詳しくは、図２、図３に示すよう
に、それぞれ格子の傾きの異なる空間格子Ａ，Ｂ，Ｃを
有する格子フィルタ１１と、光電変換素子１２とで構成
されている。レーザビームＬの主走査方向ｂに対して、
空間格子Ａは左方に傾き、空間格子Ｂは直交し、空間格
子Ｃは右方に傾いている。光電変換素子１２は空間格子
Ａ，Ｂ，Ｃを透過したレーザビームＬを全て受光する受
光面を有し、受光光量に比例した電流を出力する。

【００１６】ところで、図４に示すように、被走査面上
で焦点が合っているビームスポットＬｂは、その長手方
向が主走査方向ｂに対して直交し、前ピント状態のビー
ムスポットＬａは左方に傾き、後ピント状態のビームス
ポットＬｃは右方に傾いている。このような状態は、レ
ーザダイオード１の接合面とシリンドリカルレンズ４の
母線とを副走査方向ｃに対して所定量傾けて配置するこ
とにより実現できる。レーザビームはこの三種いずれか
の状態（Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ）で空間格子Ａ，Ｂ，Ｃを透
過し、透過ビームは全て光電変換素子１２で電気信号に
変換される。

【００１７】レーザスポットＬａ，Ｌｂ，Ｌｃそれぞれ
の透過状態は図５に示すとおりであり、ビームスポット
Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの幅と空間格子Ａ，Ｂ，Ｃの格子幅と
は略等しく、合焦状態のビームスポットＬｂは略完全に
空間格子Ａ，Ｂ，Ｃを透過するが、焦点がずれている
（傾いている）ビームスポットＬａ，Ｌｃは部分的に透
過する。

【００１８】それぞれのビームスポットＬａ，Ｌｂ，Ｌ
ｃが空間格子Ａ，Ｂ，Ｃを透過したとき、光電変換素子
１２の出力波形は図６、図７、図８に示すとおりであ
る。図６は前ピント状態のときの出力波形を示し、図７
は合焦状態のときの出力波形を示し、図８は後ピント状
態のときの出力波形を示す。光電変換素子１２の出力は
図１に示したレンズ駆動制御部２３に転送される。制御
部２３では転送された出力波形に基づいてレーザビーム
の集光位置を判別し、フォーカシングレンズ３の移動方
向を決定し、ステッピングモータ２１を正逆いずれかの
方向に回転させてフォーカシングレンズ３を光軸上で所
定量移動させる。レンズ３がレーザダイオード１から離
れる方向に移動するときは焦点が後方に調整され、近付
く方向に移動するときは焦点が前方に調整される。レン
ズ３の１回の移動量は焦点が０．１〜１ｍｍ移動する所
定の値に設定されており、このような移動を合焦状態に
達するまで、即ち、図７に示した出力波形が得られるま
で繰り返す。

【００１９】以上の合焦動作は印字開始前と連続ページ
印字中のページ間非印字時間中に実行する。本実施例に
よれば、前ピント状態か後ピント状態かを判別できるた
め、フォーカシングレンズ３を移動させる方向を予め決
めることができ、合焦動作は極めて短時間で済む。ま
た、ページ間で合焦動作を実行すると、合焦動作の時間
間隔が短いため、その間の環境変化等によるデフォーカ
ス量も少なく、１ステップ程度のレンズ移動でデフォー
カスを補正できる。このため、ページ間の非常に短い時
間でも合焦動作を確実に行うことができる。

【００２０】なお、本発明に係るレーザビーム走査光学
装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の
範囲内で種々に変更可能である。特に、ｆθレンズ等の
光学素子の種類や配置は任意である。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、レーザビームの走査方向に配列された傾きの異
なる複数の空間格子を有するフィルタと該フィルタを透
過したレーザビームを受光する光電変換素子とからなる
ビーム検出手段を、被走査面と光学的に等価位置に設置
したため、被走査面上における集光位置のずれの方向を
も判別でき、検出能力が高く、極めて短時間で合焦調整
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるレーザビーム走査光学
装置を示す斜視図。

【図２】図１に示されているビーム検出器の分解斜視
図。

【図３】図２に示されている格子フィルタの平面図。

【図４】被走査面上でのビームスポットを示す説明図。

【図５】ビームスポットと空間格子との関係を示す説明
図。

【図６】ビーム検出器の出力波形を示すグラフ、前ピン
ト状態を示す。

【図７】ビーム検出器の出力波形を示すグラフ、合焦状
態を示す。

【図８】ビーム検出器の出力波形を示すグラフ、後ピン
ト状態を示す。

【符号の説明】

１…レーザダイオード ３…フォーカシングレンズ １０…ビーム検出器 １１…格子フィルタ １２…光電変換素子 ２１…レンズ駆動用モータ ２３…レンズ駆動制御部 ３０…感光体ドラム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源から放射されたレーザビーム
   を、偏向器、光学素子を介して、微小な点に集光すると
   共に被走査面上を略等速度でライン状に走査するレーザ
   ビーム走査光学装置において、 レーザ光源から放射されたレーザビームの集光位置を調
   整するための光学素子と、 被走査面と光学的に等価位置に設置され、レーザビーム
   の走査方向に配列された傾きの異なる複数の空間格子を
   有するフィルタと該フィルタを透過したレーザビームを
   受光する光電変換素子とからなるビーム検出手段と、 前記ビーム検出手段の検出結果に基づいて調整用の光学
   素子を駆動し、レーザビームの集光位置を調整する制御
   手段と、 を備えたことを特徴とするレーザビーム走査光学装置。