JPH0995008A

JPH0995008A - レーザビーム走査光学装置

Info

Publication number: JPH0995008A
Application number: JP25229995A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nomiyama; 孝野見山; Shoji Yamaguchi; 昭治山口; Hideki Fukunaga; 秀樹福永
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 1997-04-08

Abstract

(57)【要約】【課題】感光体ドラムがトナーによって汚れていて
も、感光体の回転軸に偏心があってもレーザビームの走
査面上における焦点位置を高精度で補正することができ
ること。【解決手段】感光体ドラム８の走査面で反射されたレ
ーザビームを複数の受光部１０ａ〜１０ｋを有する光セ
ンサ１０で受光する。受光されたレーザビームの光強度
に基づく光強度信号は汚れ判定回路１１でトナー汚れの
有無が判断され、その判断結果に基づいてトリガ信号生
成回路１３から感光体ドラム８の回転に同期した所定の
タイミングでトリガ信号をマルチプレクサ１４に出力す
ることにより最大値検出回路１５に光強度信号が入力す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザビーム走査光
学装置に関し、特に、光学レンズ系の温度変化による光
路長の変動及び感光体ドラムの軸偏心による感光体の走
査面の変位に基づく焦点ずれを高精度で補正することが
できるレーザビーム走査光学装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来のレーザビーム走査光学装置は、半導
体レーザから画像情報に応じて変調されたレーザビーム
を出射して、このレーザビームによってコリメータレン
ズ、ポリゴンミラー、及びｆθレンズ等で構成される光
学系を介して感光体ドラムの走査面を走査している。

【０００３】近年、光学部品のプラスチック化が進み、
それに伴ってプラスチックで形成された種々の光学レン
ズが登場している。このようなプラスチック光学レンズ
を用いた光学系を有するレーザビーム走査装置では、そ
の使用環境において温度変化が生じると、プラスチック
光学レンズに熱収縮が生じて光学特性が変化し、その結
果、レーザビームの焦点位置にずれが生じるという問題
がある。また、温度変化があると、光学レンズ等の配置
間隔が微妙に変化してレーザビームの光路長が伸縮する
という問題がある。

【０００４】かかる問題を解決するものとして、半導体
レーザから照射されるレーザビームを感光体ドラムの表
面に設けられる反射ミラーで反射し、その反射光を光受
光素子で受光して反射光の断面形状からレーザビームの
焦点位置ずれを検出するレーザビーム走査光学装置が特
開昭６０−１００１１３号公報に開示されており、検出
結果に基づいて光学系の光路長の変動に基づく焦点位置
ずれの補正を可能としている。

【０００５】また、特開平２−７３２１２号に開示され
るレーザビーム走査光学装置によれば、感光体ドラムの
走査面と光学的に等価な位置に焦点ずれ検出器を配置
し、この焦点ずれ検出器から得られるレーザビームの検
出信号に基づいて走査面上におけるレーザビームの焦点
位置ずれの補正を行っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のレーザ
ビーム走査光学装置によると、感光体ドラムに反射ミラ
ーを設ける構成では、残留したトナーが反射ミラーに付
着しているとレーザビームの反射性を低下させるため、
反射光の断面形状に基づく正確な受光強度が得られない
という問題がある。一方、感光体ドラムと光学的に等価
な位置に焦点ずれ検出器を有する構成では、走査面より
光伝播上の前方でレーザビームを検出しているため、感
光体ドラムの回転軸に偏心が生じると、走査面上の焦点
位置ずれを検出することができないという問題がある。
従って、本発明の目的は感光体ドラムがトナーによって
汚れていても、感光体の回転軸に偏心があってもレーザ
ビームの走査面上における焦点位置を高精度で補正する
ことができる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】本発明は感光体ドラムが
トナーによって汚れていても、感光体の回転軸に偏心が
あってもレーザビームの走査面上における焦点位置を高
精度で補正できるようにするため、感光体を走査した前
記レーザビームの反射光を受光して反射光信号を出力す
る受光手段と、前記反射光信号に基づいて前記感光体の
トナー汚れを検出する汚れ検出手段と、前記反射光信号
に基づいて前記レーザビームの焦点ずれを検出する焦点
ずれ検出手段と、前記焦点ずれに基づいて前記レーザビ
ームの焦点位置を合焦位置へ移動させる光学系移動手段
とを有するレーザビーム走査光学装置を提供する。

【０００８】上記の構成において、汚れ検出手段は反射
光信号の光強度分布の対称性に基づいて感光体のトナー
汚れを検出することが望ましい。

【０００９】また、受光手段は副走査方向において分割
され、主走査方向において所定の長さを有した所定の数
の受光素子を有することが望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明のレーザビーム走査
光学装置を図面を参照しつつ説明する。

【００１１】図１は、本発明のレーザビーム走査光学装
置の一形態例を示し、半導体レーザ１より出射されるレ
ーザビームを平行光にするコリメータレンズ２と、コリ
メータレンズ２をモータ２Ａによってレーザビームの光
軸方向に移動させるコリメータレンズ移動ユニット３
と、平行光にされたレーザビームを副走査方向に集束さ
せるパワーを有するシリンドリカルレンズ４と、シリン
ドリカルレンズ４で集束されたレーザビームを偏向させ
るポリゴンミラー５と、ポリゴンミラー５で偏向された
レーザビームに基づいて主走査方向の各周期の走査開始
を検出して露光ビーム走査開始（ＳＯＳ）信号を出力す
るＳＯＳセンサ６と、ポリゴンミラー５で偏向されたレ
ーザビームで感光体ドラム８を走査するｆθレンズ７
と、感光体ドラム８の走査面で反射され、レンズ９を介
して集束させたレーザビーム反射光を受光する光センサ
１０と、光センサ１０で受光されたレーザビーム反射光
のトナー汚れを検出する汚れ判定回路１１と、感光体ド
ラム８を駆動する感光体ドラム駆動モータ１２と、汚れ
判定回路１１における感光体ドラム８のトナー汚れの有
無に基づいてトリガ信号を発生するトリガ信号生成回路
１３と、トリガ信号の入力に基づいて光センサ１０で受
光されたレーザビーム反射光に基づく光強度信号を入力
するマルチプレクサ１４と、マルチプレクサ１４の出力
信号からレーザビーム反射光の光強度の最大値を検出す
る最大値検出回路１５と、感光体ドラム８で反射される
レーザビーム反射光の最大値と走査面上の焦点ずれの関
係についての情報を記憶したＲＯＭ１６と、最大値検出
回路１５で検出されたレーザビーム反射光の光強度の最
大値とＲＯＭ１６に記憶されたレーザビーム反射光の基
準強度に基づいて感光体ドラム８を走査するレーザビー
ムの焦点ずれ方向及び焦点ずれ量を演算する演算回路１
７と、演算回路１７からの出力に基づいてコリメータレ
ンズ移動ユニット４のモータ３を駆動させるレンズ移動
用モータ駆動回路１８と、ＳＯＳセンサ６から出力され
るＳＯＳ信号に基づいて汚れ判定回路１１，感光体ドラ
ム駆動モータ１２及びトリガ信号生成回路１３を制御す
る制御回路１９とを有する。

【００１２】図２は、光センサ１０を示す。この光セン
サ１０は図２（ａ）に示すように複数の受光部１０ａ〜
１０ｋを副走査方向に配置した構成を有し、図２（ｂ）
に示すようにレーザビーム反射光が照射されたときに所
定のビーム径のビームスポットが形成されるように位置
している。受光部１０ａ〜１０ｋは、主走査方向に移動
するビームスポット８Ａを受光できるようにビーム径よ
り大なる長さＷを有する。この長さＷは光センサ１０の
応答速度及びレーザビームの走査速度に応じて設定さ
れ、ビームスポット８Ａの外径に基づく分布を有した光
強度信号を出力する。

【００１３】以下、本発明のレーザビーム走査光学装置
の動作を説明する。まず、コリメータレンズ移動ユニッ
ト３を駆動してコリメータレンズ２をレーザビームの光
軸方向の所定の位置に配置した後、半導体レーザ１から
レーザビームを照射する。照射されたレーザビームはコ
リメータレンズ２及びシリンドリカルレンズ４を介して
ポリゴンミラー５に照射され、ポリゴンミラー５の回転
に基づいて偏向される。

【００１４】ポリゴンミラー５で偏向されたレーザビー
ムはｆθレンズ７を介して感光体ドラム８の走査面に走
査される。このポリゴンミラー５で偏向されたレーザビ
ームがＳＯＳセンサ６に照射されることによって制御回
路１９にＳＯＳ信号が出力され、制御回路１９はＳＯＳ
信号に同期したパルスを汚れ判定回路１１及びトリガ信
号生成回路１３に出力する。

【００１５】感光体ドラム８の近傍に設けられた光セン
サ１０は、感光体ドラム８の所定の位置で反射したレー
ザビーム反射光をレンズ９を介して受光し、このレーザ
ビーム反射光の光強度信号を汚れ判定回路１１及びマル
チプレクサ１４に出力する。汚れ判定回路１１は制御回
路１９より出力されるパルスに同期して入力された光強
度信号に基づいて感光体ドラム８のレーザビーム反射位
置の汚れ判定を行い、その結果に基づく信号をトリガ信
号生成回路１３に出力する。

【００１６】トリガ信号生成回路１３は、汚れ判定回路
１１の判定結果に基づいて制御回路１９より出力される
パルスに同期したトリガ信号をマルチプレクサ１４に出
力する。

【００１７】図３は、レーザビーム反射光の光強度分布
を示し、光センサ１０の受光部で受光されるビームスポ
ットは中心部において光強度が最も大きく、中心部から
外縁方向に広がるにつれて光強度が減少する光強度分布
を有しており、感光体ドラム８に走査されたレーザビー
ムが反射される際に感光体ドラム８の反射部分にトナー
が付着していると、レーザビーム反射光の光強度がＡで
示すように部分的に低下する。感光体ドラム８にトナー
による汚れがないときは点線で示す対称形の光強度分布
となる。

【００１８】図４は、図３に示す光強度分布に基づいて
光センサ１０から出力される検出光量を示し、レーザビ
ームの光強度が最大となる受光部１０ｆの出力を中心と
して対称的に位置する受光部ｅと受光部ｇに検出光量差
Ｄ₁が生じており、受光部ｄと受光部ｇに検出光量差Ｄ
₂が生じている。この検出光量差Ｄ₁及びＤ₂は感光体
ドラム８のトナー汚れに応じた値となることから、汚れ
判定回路１１は検出光量差が所定のレベルを超えたとき
に感光体ドラム８に「汚れあり」と判定する。

【００１９】図５は、トリガ信号の生成過程を示すフロ
ーチャートであり、感光体ドラム８のレーザビーム反射
位置はＳＯＳ信号の周期に応じてドラム回転方向に所定
の間隔で設定しているので、ＳＯＳ信号のパルスを所定
の値だけカウントしたときに汚れ判定が行われるように
予めパルスカウント値を設定し、感光体ドラム８にレー
ザビームを走査することによって得られるレーザビーム
反射光を光センサ１０で受光して汚れ判定を行う。

【００２０】図６は、トリガ信号の発生タイミングを示
すタイミングチャートであり、感光体ドラム８にレーザ
ビームが走査されることによってＳＯＳセンサ６からＳ
ＯＳ信号が出力され、感光体ドラム８で反射されたレー
ザビーム反射光が照射される光センサ１０から汚れ判定
回路１１に光強度信号が出力される。

【００２１】このタイミングチャートによると、感光体
ドラム８の走査面にレーザビームを走査したＡのタイミ
ングでは、感光体ドラム８の走査面にトナー汚れがない
ことから汚れ判定回路１１の出力は「Ｌｏ」となり、そ
のことによってトリガ信号生成回路１３から所定の周期
でマルチプレクサ１４にトリガ信号が出力される。

【００２２】一方、Ｃのタイミングでは、感光体ドラム
８の走査面にレーザビームを走査したときに感光体ドラ
ム８の走査面にトナーが付着しているため、汚れ判定回
路１１から「Ｈｉ」の信号が出力されている。この「Ｈ
ｉ」の信号が出力されるとトリガ信号生成回路１３から
マルチプレクサ１４に与えられるトリガ信号の発生が禁
止される。次に、Ｄのタイミングにおいては、汚れ判定
回路１１から汚れ信号が出ていないので、トリガ信号生
成回路１３はトリガ信号を出力する。

【００２３】ＳＯＳ信号の設定カウント数は、感光体ド
ラム８におけるレーザビームの反射位置がドラム回転方
向に所定の間隔で汚れ判定されるように制御回路１９の
図示しない記憶部に予め記憶されており、汚れ判定が繰
り返されることによって感光体ドラム８が１回転しても
レーザビームの反射位置が一致しないようにＳＯＳ信号
の周期及び感光体ドラム駆動モータ１２から出力される
モータ駆動パルスに基づいて設定されている。

【００２４】マルチプレクサ１４は、トリガ信号生成回
路１３から出力されるトリガ信号に基づいてオンするこ
とにより、光センサ１０から入力する光強度信号を最大
値検出回路１５に出力する。最大値検出回路１５は光セ
ンサ１０で受光された光強度信号に基づいてレーザビー
ム反射光の光強度の最大値を検出して演算回路１７に出
力する。

【００２５】図７は、光センサ１０におけるビームスポ
ット８Ａの位置の変化を示し、感光体ドラム８の回転軸
に偏心があると感光体ドラム８の回転に応じてレーザビ
ームの反射方向が変化し、その結果、ビームスポット８
Ｂ及びビームスポット８Ｃのようにビームスポットの位
置変動が生じる。

【００２６】このようにビームスポットの位置変動が生
じても、受光部１０ａから１０ｋにかけての照射範囲に
レーザビーム反射光が照射されれば光強度を検出でき、
更に汚れ判定が可能になる。従って、光センサ１０の受
光部の素子数は感光体ドラム８の回転軸が偏心を有する
ときのビームスポットの位置ずれを考慮して設定され
る。

【００２７】図８は、レーザビーム反射光のビームスポ
ット径と焦点ずれの関係を示し、Ａは感光体ドラム８の
走査面上で合焦状態にあるレーザビーム反射光であり、
８Ａ’は合焦状態におけるビームスポットである。

【００２８】感光体ドラム８に照射されるレーザビーム
が走査面より前方で結像するとき、レーザビーム反射光
はＢに示すように光センサ１０におけるビーム径がビー
ムスポット８Ａ’より大きいビームスポット８Ｂ’を形
成する。一方、感光体ドラム８に照射されるレーザビー
ムが走査面より後方で結像するとき、レーザビーム反射
光はＣに示すように光センサ１０におけるビーム径がビ
ームスポット８Ａ’より小さいビームスポット８Ｃ’を
形成する。

【００２９】図９は、ビームスポット径と光強度の関係
を示し、感光体ドラム８の走査面上で合焦状態にあるレ
ーザビーム反射光に基づくビームスポット８Ａ’に対し
てビームスポットが大きくなると照射範囲が拡大すると
ともにレーザビーム反射光の最大値が低下し、ビームス
ポット８Ａ’に対してビームスポットが小さくなると照
射範囲が減少するとともにレーザビーム反射光の最大値
が上昇する。

【００３０】従って、演算回路１７でＲＯＭ１６に記憶
されているレーザビーム反射光の基準光強度の最大値と
光センサ１０より入力するレーザビーム反射光の光強度
の最大値とを比較演算して光強度差を求めることによ
り、感光体ドラム８を走査するレーザビームの焦点ずれ
方向及び焦点ずれ量が算出される。

【００３１】このようにして算出されたレーザビームの
焦点ずれ方向及び焦点ずれ量に基づいて、演算回路１７
は感光体ドラム８の走査面上にレーザビームが所定のビ
ーム径で結像するようにレーザビームの焦点ずれの補正
量を算出してレンズ移動用モータ駆動回路１８に出力す
る。

【００３２】レンズ移動用モータ駆動回路１８は、演算
回路１７で算出された焦点ずれ方向及び焦点ずれ量に基
づいてコリメータレンズ移動ユニット３のモータ２Ａに
駆動電流を供給する。このことによってコリメータレン
ズ２が焦点ずれの補正量に応じてレーザビームの光軸方
向に移動することにより感光体ドラム８におけるレーザ
ビームの焦点ずれが補正される。

【００３３】図１０は、本発明のレーザビーム走査光学
装置の他の形態例を示し、光センサ１０から入力する光
強度信号に基づいてレーザビーム反射光のビーム径を検
出するビーム径検出回路２０と、感光体ドラム８での合
焦状態におけるレーザビーム反射光のビーム径を記憶し
たＲＯＭ２１とを有する。その他の構成は図１の構成と
同一であるので重複する説明を省略する。

【００３４】上記の構成において、図１１に示すように
光センサ１０に照射されるレーザビーム反射光にトナー
汚れがないとき、受光幅ｌで形成される受光部１０ａ〜
１０ｋからは図１２に示すように受光部ｆの光センサ出
力が最大値となる対称的な検出光量が得られる。ビーム
径検出回路２０はこの検出光量における閾値Ａを超えて
いる受光部の数を検出し、その数をレーザビーム反射光
のビーム径とみなしている。

【００３５】ビーム径検出回路２０で検出されたビーム
径は演算回路１７に出力され、演算回路１７はＲＯＭ２
１に記憶された感光体ドラム８での合焦状態におけるレ
ーザビーム反射光のビーム径との比較演算を行う。この
比較演算によると、感光体ドラム８に照射されるレーザ
ビームが走査面より前方で結像するときは閾値Ａを超え
る受光部の数がＲＯＭ２１に記憶されたビーム径に基づ
く受光部の数より少なくなり、感光体ドラム８に照射さ
れるレーザビームが走査面より後方で結像するときは閾
値Ａを超える受光部の数がＲＯＭ２１に記憶されたビー
ム径に基づく受光部の数より多くなる。

【００３６】従って、閾値Ａを超える受光部の数の差が
感光体ドラムに走査されるレーザビームの焦点ずれに相
当するので補正量を算出することができる。

【００３７】このような構成によると、閾値に基づいて
ビーム径の検出を行うために光センサ１０の受光部の受
光幅ｌを狭めて光検出素子を増加させることによってビ
ーム径の検出精度を向上させることができる。あるいは
感光体ドラム８からのレーザビーム反射光のビーム径を
受光幅ｌに対して相対的に広く設定しても同様の効果を
奏することができる。

【００３８】また、本発明では感光体ドラムを用いたレ
ーザビーム走査光学装置について説明したが、ベルト状
感光体を用いたレーザビーム走査光学装置に適用するこ
ともできる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明のレーザビー
ム走査光学装置によると、受光手段で受光されたレーザ
ビーム反射光によって汚れを判定し、トナー汚れのない
感光体ドラム走査面からの光強度信号に基づいてレーザ
ビームの焦点ずれ方向及び焦点ずれ量の補正を行うよう
にしたため、感光体ドラムにトナーによる汚れや回転軸
の偏心があってもレーザビームの走査面上における焦点
ずれを高精度で補正することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザビーム走査光学装置の一形態例
を示す説明図である。

【図２】本発明のレーザビーム走査光学装置における光
センサ１０の斜視図である。

【図３】光センサ１０に照射されるレーザビームの光強
度分布を示す説明図である。

【図４】光センサ１０の出力を示す説明図である。

【図５】汚れ判定回路１１の動作を示すフローチャート
である。

【図６】汚れ判定回路１１の出力に基づくトリガ信号の
出力タイミングを示すタイミングチャートである。

【図７】光センサ１０におけるレーザビーム反射光のビ
ームスポットの位置ずれを示す説明図である。

【図８】レーザビーム反射光の焦点位置ずれに基づくビ
ームスポット径の変動を示す説明図である。

【図９】レーザビーム反射光の焦点位置ずれに基づく光
強度分布の変動を示す説明図である。

【図１０】本発明のレーザビーム走査光学装置の他の形
態例を示す説明図である。

【図１１】本発明のレーザビーム走査光学装置の他の形
態例における説明図である。

【図１２】本発明のレーザビーム走査光学装置の他の形
態例における説明図である。

【符号の説明】

１，半導体レーザ２，コリメータレンズ２Ａ，モータ３，コリメータレンズ移動ユニット４，シリンドリカルレンズ５，ポリゴンミラー６，ＳＯＳセンサ７，ｆθレンズ８，感光体ドラム８Ａ，ビームスポット８Ｂ，ビームスポット８Ｃ，ビームスポット９，レンズ１０，光センサ１０ａ〜１０ｋ，受光部１１，汚れ判定回路１２，感光体ドラム駆動モータ１３，トリガ信号生成回路１４，マルチプレクサ１５，最大値検出回路１６，ＲＯＭ１７，演算回路１８，レンズ移動用モータ駆動回路１９，制御回路２０，ビーム径検出回路２１，ＲＯＭ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源から画像情報に基づいて変調
されたレーザビームを出射し、前記レーザビームを光学
系を介して所定の外径に集束させて感光体を走査するレ
ーザビーム走査光学装置において、前記感光体を走査した前記レーザビームの反射光を受光
して反射光信号を出力する受光手段と、前記反射光信号に基づいて前記感光体のトナー汚れを検
出する汚れ検出手段と、前記反射光信号に基づいて前記レーザビームの焦点ずれ
を検出する焦点ずれ検出手段と、前記焦点ずれに基づいて前記レーザビームの焦点位置を
合焦位置へ移動させる光学系移動手段とを有することを
特徴とするレーザビーム走査光学装置。
【請求項２】前記汚れ検出手段は、前記反射光信号の
光強度分布の対称性に基づいて前記感光体の前記トナー
汚れを検出する構成の請求項第１項記載のレーザビーム
走査光学装置。
【請求項３】前記受光手段は、副走査方向において分
割され、主走査方向において所定の長さを有した所定の
数の受光素子を有する構成の請求項第１項記載のレーザ
ビーム走査光学装置。