JPH10274745A - レーザビーム走査光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビーム集光状態の誤検出に起因するフォーカ
シングエラーを極力防止できるレーザビーム走査光学装
置を得る。 【解決手段】 レーザダイオード１から放射されたレー
ザビームをフォーカシングレンズ３、ポリゴンミラー
６、ｆθレンズ７を介して感光体ドラム４０上に集光す
ると共に矢印ｂ方向に走査するレーザビーム走査光学装
置。走査されたレーザビームは集光状態検出器１０に入
射し、集光位置のずれ量を検出される。検出されたずれ
量に基づいて集光位置を補正するための位置変更量が演
算され、モータ２１によってレンズ３が光軸上で移動
し、ビーム集光位置を補正する。画像形成領域の中間帯
で集光位置の補正を処理するとき、演算された位置変更
量が制限値を超えると、誤検出とみなして該制御値以内
でレンズ３を移動させる。

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、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てビー
ムスポット径が大きくなり、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、従来で
は種々の対策が提案されている。例えば、特開平２−５
１１１９号公報、特開平２−２６６３１５号公報、特開
平２−２９４６１２号公報では、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、フ
ォーカシングレンズを最適位置に移動させることが開示
されている。また、特開平４−１５５３０４号公報で
は、被走査面に対して異なる位置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、フォーカシングレンズを最適位置
へ移動させることが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ビーム集光状態の補正手段を備えた装置においては、検
出手段に混入するノイズ等の影響で適切な位置変更量が
得られない場合があり、フォーカシングエラーが発生す
ることがあった。このため、特開平２−２９６２１０号
公報では、集光位置のずれ量が充分に検出できない場合
は、フォーカシングレンズを設計上の合焦位置に移動さ
せることを開示している。しかし、設計上の合焦位置に
戻したとしても、この状態で集光状態が満足されている
とは必ずしもいえない。

【０００５】そこで、本発明の目的は、フォーカシング
エラーを極力防止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。

【０００６】

【発明の要旨及び効果】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、レーザ光源か
ら放射されたレーザビームの集光位置を補正するための
光学素子と、この光学素子を集光位置補正のために移動
させる駆動手段と、被走査面と光学的に略等価位置に配
置され、レーザビームの集光状態を検出する検出手段
と、この検出手段の検出信号に基づいてビーム集光位置
を補正するための位置変更量を演算し、該変更量で前記
駆動手段を制御する制御手段を備え、特に、この制御手
段は画像形成動作の中間帯でビーム集光位置の補正処理
をするとき、演算された位置変更量が制限値を超える
と、該制限値以内で前記駆動手段を制御する。

【０００７】ページ印字の中間帯ごとにビーム集光位置
の補正を行う場合、直前の中間帯で行った補正処理時か
ら温度が急激に変化するとは考えにくく、通常１〜４℃
程度の温度変化が予想される。例えば、温度差４℃程度
に対応する変更量を制限値として設定しておき、実際演
算された変更量がこの制限値を超えると、フォーカシン
グエラーが発生するとみなして、制限値あるいはそれ以
下の所定の値で駆動手段を制御する。

【０００８】以上の如く、本発明では、通常生じ得ない
温度変化を超える変更量が演算されたときは、検出手段
がノイズの混入等でエラーが発生したとみなして、変更
量に制限を加える。従って、フォーカシングエラーの発
生を未然に防止することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るレーザビーム
走査光学装置の実施形態について添付図面を参照して説
明する。

【００１０】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、ＳＯＳ用平面ミラー１５と、ＳＯＳ用シリンド
リカルレンズ１６と、ＳＯＳ用光センサ１７と、ビーム
集光状態検出器１０とで構成されている。

【００１１】レーザダイオード１は図示しない駆動回路
に入力された画像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で集光位置を補正され（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。

【００１２】ポリゴンミラー６は矢印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４０上
に集光され、感光体ドラム４０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
４０）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。

【００１３】感光体ドラム４０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及びｆθレンズ７に
よる矢印ｂ方向への主走査とドラム４０の矢印ｃ方向へ
の副走査によってドラム４０上に画像（静電潜像）が形
成される。

【００１４】また、レーザビームの主走査方向先端部の
レーザビームは平面ミラー１５で反射され、シリンドリ
カルレンズ１６を透過してＳＯＳ用光センサ１７へ入射
する。ＳＯＳ用光センサ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。

【００１５】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の出力用ピニオン２
２が噛合している。モータ制御部５２からの信号によっ
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４０
上での集光位置が補正される。

【００１６】ビーム集光状態検出器１０は、感光体ドラ
ム４０の一側方であって被走査面と光学的に等価位置に
配置され、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、格子フィルタ１１，１２と、光電変
換素子１３と、フィルタ１２と素子１３との間に配置さ
れた集光レンズ（図示せず）とで構成されている。フィ
ルタ１１，１２は主走査方向ｂに対して平行な、及び傾
斜した空間格子をそれぞれ有している。フィルタ１１，
１２を透過したレーザビームはモアレ縞を形成し、この
モアレ縞が光電変換素子１３によって検出される。

【００１７】光電変換素子１３からの検出信号は信号処
理回路５１に入力され、ここで集光位置のずれ量及び集
光位置が正規の位置から前方あるいは後方にずれている
かが演算される。この演算値はＣＰＵ５０に転送され、
ＣＰＵ５０は集光位置のずれ量からレンズ３を光軸上で
移動させて集光位置を被走査面上に合致させるべき位置
変更量を演算し、この変更量をモータ制御部５２へ出力
する。

【００１８】ところで、本実施形態において、ステッピ
ングモータ２１は駆動信号の１パルスでフォーカシング
レンズ３を２５μｍ移動させる。また、光学系において
は、２５℃の温度変化によって集光位置が約１．５ｍｍ
ずれる。集光位置のずれ量に対するレンズ３の位置変更
量は１：２の関係に設定されている。集光位置の補正処
理は、印字開始の直前と、複数のページを連続印字する
際、図２に示すように、画像形成領域の中間帯（非印字
時間帯）とで実行される。印字開始直前及び中間帯での
補正処理は、前記検出器１０によるセンシング、信号処
理回路５１による検出信号の処理、ＣＰＵ５０による位
置変更量の演算、モータ２１によるレンズ３の移動とい
う一連の処理を、合焦状態になるまで繰り返す。

【００１９】特に、中間帯での補正処理にあっては、１
ページを印字する間に光学系の温度が急激に変化すると
は考えられず、約１〜４℃程度の温度変化を想定してお
けばよい。４℃の温度変化は集光位置のずれ量として
０．２４ｍｍに相当する。本実施形態ではこの値を制限
値とし、ＣＰＵ５０で演算された位置変更量がこの制限
値以内であれば、その変更量でモータ２１を駆動してフ
ォーカシングレンズ３を移動させる。一方、演算された
位置変更量が制限値を超えていれば、制限値に相当する
変更量だけレンズ３を移動させる。即ち、演算された変
更量が所定の制限された範囲外は、ノイズ等による検出
器１０のセンシングエラーとみなして集光位置の補正を
制限する。これにて、フォーカシングエラーを未然に防
止でき、かつ、集光位置の補正処理をページ間で迅速に
行うことが可能となる。

【００２０】図３は前記中間帯で実行されるビーム集光
位置補正処理の制御手段を示す。まず、ステップＳ１に
おいては、検出器１０からの検出信号に基づいて信号処
理回路５１でビーム集光状態（ずれ量）を検出する。次
に、ステップＳ２においては、ＣＰＵ５０で前記ずれ量
に基づいてレンズ３の位置変更量を演算する。次に、ス
テップＳ３において変更量と制限値とを比較し、変更量
が制限値以下であれば、ステップＳ４において該変更量
だけモータ２１を駆動してレンズ３を移動させる。一
方、変更量が制限値を超えていれば、ステップＳ５にお
いて、制限値だけモータ２１を駆動してレンズ３を移動
させる。

【００２１】なお、本発明に係るレーザビーム走査光学
装置は前記実施形態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、フォーカシン
グレンズ３の駆動手段はステッピングモータ２１以外に
リニアモータや圧電素子を利用したアクチュエータ等微
小な移動量を正確に制御できるものであれば種々のもの
を使用できる。

【００２２】また、演算された位置変更量が制限値を超
える場合、制限値以内であれば所定の値でレンズ３を移
動させればよい。さらに、ビーム集光状態の検出手段と
しては、モアレ縞を利用するもの以外に、ナイフエッジ
と光電変換素子とで構成したもの、各種の格子フィルタ
を利用したもの等を採用することができる。

【００２３】さらに、ｆθレンズ等の光学素子の種類、
配置は任意であり、レーザビームの偏向手段としては、
ポリゴンミラー以外に、音響光学効果を利用した走査デ
バイスを使用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるレーザビーム走査光
学装置を示す斜視図。

【図２】前記光学装置におけるビーム集光位置の補正処
理の説明図。

【図３】前記光学装置におけるビーム集光位置補正処理
の制御手順を示すフローチャート図。

【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…ビーム集光状態検出器 ２１…集光位置補正用モータ ５０…ＣＰＵ ５１…信号処理回路 ５２…モータ制御部

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、被走査面上で微小な点に集光すると共に略等速度で
   ライン状に走査して画像を形成するレーザビーム走査光
   学装置において、 前記レーザ光源から放射されたレーザビームの集光位置
   を補正するための光学素子と、 前記光学素子を集光位置補正のために移動させる駆動手
   段と、 前記被走査面と光学的に略等価位置に配置され、レーザ
   ビームの集光状態を検出する検出手段と、 前記検出手段の検出信号に基づいてビーム集光位置を補
   正するための位置変更量を演算し、該変更量で前記駆動
   手段を制御すると共に、画像形成領域の中間帯でビーム
   集光位置の補正を処理するとき、演算された位置変更量
   が制限値を超えると、該制限値以内で前記駆動手段を制
   御する制御手段と、 を備えたことを特徴とするレーザビーム走査光学装置。