JPH02289812A - オートフォーカス機構を備えた走査光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は，光源からの光束を被照射体上に走蒼する走査
光学装置に、特に、温度等の環境変動に起因する走査光
の結像ないし集光スポットの焦点ずれを検出してこれを
補正することができる走査光学装置に関する． ［従来の技術］ 近年、レーザー光を走査し、このレーザー光の明滅によ
り感光体上に潜像を形成して所望の画像を記録するレー
ザービームプリンタ（ＬＢＰ）が広く使用されてきてい
る．こうしたＬＢＰにおいて、高密度の記録を行なう為
には、感光体である被走立面に照射するビームのスポッ
トの大きさを記録すべき密度に応じて小さくする必要が
゜ある．例えば，１画素毎に明滅するガウススポットを
走査する場合，被走査面上における露光分布は被走査面
上のスポット径に従って変化する．即ち，主走査方向の
スポット径が小さい場合、そのレーザー光による露光分
布は明滅のタイミングに合った矩形波に近《コントラス
トも高いが、スポット径が大きくなるにつれレーザー光
が隣接画素に侵入して露光分布の振幅が小さく且つコン
トラストが低《なり、それにより出力画像の品質劣化す
ることとなる． 従って、例えば８００ｄｐｉ　（３２ｄｏｔｓ　／　ｍ
　ｍ　）という高解像力のプリンタを構成する場合，上
記コントラストを８０％以上にする必要があるが，その
為には感光体上に結｛象するスポットの大きさを４０μ
ｍ（ガウス分布スポット、ｌ　／　ｅ　”直径）程度以
下に抑えなければならない． 一方，この様に微小な径のレーザースポットを得る為に
は、−ｆｉｌ’３にＦナン．バーの小さな結像光学系が
必要であるが、Ｆナンバーが小さくなると結像光学系の
焦点深度が非常に浅くなってしまう．例えば，主走査方
向の直径が４０μｍの結像スポットを走査可能なレーザ
ースキャナ装置では、結像光学系の焦点位置を被走査面
の前後±０．８ｍｍという極めて小さな範囲内に収めな
ければならない．しかし乍ら、上記従来例の様な走査光
学系を実際に構成した場合、環境温度等の変化により該
光学系を構成する各部材が熱変形等を起こし、結像光学
系の焦点位置が上記焦点深度を超えて移動することによ
りスポット径が所望の値より太き《なってしまうことが
ある．この様な場合、上記従来例では各部材の位置が固
定されているので結像光学系の焦点位置ないし結像位置
が調整できず、被走査面のコントラストが低くなって画
質が劣化してしまうことになる． また、上述した問題は，コスト的な利点よりレーザー光
学系の材料をガラ．スかもＰＭＭＡ系の樹脂などに変え
たときにも、吸湿により樹脂の屈折率が変化し結像位置
移動が起こるということで、起こってくる． こうした環境変化による結像位置のずれを防止して画質
の低下を防ぐ為に、走査ビームを元に焦点ずれ検出を行
なう検出手段を備えこの検出手段からの侶号に基づいて
焦点ずれ補正用レンズを光軸方向に動かして結像光学系
の結像位置を常に感光体上に合わせる所謂オートフォー
カス機Ｉｌｌ（ＡＦ機構）を具備したレーザースキャナ
装置が提案されている（例えば特開昭６０−１００１１
３号公報参照［発明が解決しようとする課題］ 上記従来例のＡＦＩＩ横は、感光体に走査されるビーム
を元にレーザービームの焦点ずれを検出し、焦点ずれ補
正レンズ等をアクチュエータで移動させて感光体上に焦
点を合致させている．この為、焦点ずれ検出手段の検出
精度はＡＰＩ！横の精度の要どなっている．走査ビーム
を元に焦点ずれご検出する場合１つの方法は，レーザー
ビームの走査範囲内に境等を設置し感光体表面と光字的
に等価な位置に設けられた焦点ずれ検出手段までレーザ
ービームを導く方法である，この方法は、鏡等と感光体
面は独立している為、感光体、鏡等、及び焦点ずれ検出
手段の関係を調整する必要があり，これを機械精度で決
めていて，従って多．くの誤差を含んでしまい検出精度
が低い欠点がある．また、錆等がドラム面から離れてい
る為、感光体ドラムと現像器、クリーナ等を一体化した
カートリッジを用いる場合、カートリッジの取付け誤差
が検出できないのでこの方法のＡＰ機構は用いられない
ことになる． この為、感光体面を走査するレーザービームの反射光又
は反射拡散光を元にして焦点ずれ検知を行なう゛ことが
考えられる．この検出方法は感光体表面上のレーザービ
ームスポット径を直接検知する為、精度良く焦点ずれを
検知できると言いつる． しかし乍ら，感光体に偏芯などが存在すると、感光体ド
ラムの回転に伴って常に感光体上のレーザービームスポ
ット径が変化し，ＡＦｉｌｌ構の作動がこの変化に追従
できないという問題がある． 特に、感光体表面」一の焦点ずれをレーザービームスポ
ットの光量変化により検出する焦点ずれ検知方法を用い
たＡＰＩ！構では，感光体表面に対して何ｍｍ焦点位置
がずれているかと言った絶対的なずれ量の検知ができな
く、焦点ずれ補正レンズ等を光軸方向に沿って前後に往
復移動させ、焦点ずれ検出手段から焦点ずれの最も少な
い信号が出力された時の位置まで焦点ずれ補正レンズ等
を再び移動させる作動シーケンスを用いている．その為
に、感光体上の検知位置が異なると，焦点位置が変化す
る偏芯を有した感光体を用いた場合，ＡＦ機構の精度，
レスポンスを高めるとＡＦｌ’ｊｆｔ横が発ｌｔｆ運動
を起こし作動・不良となってしまうことになる． 従って，本発明の目的は，上記課題を解決すべく，感光
体ドラムなどの被照射体の移動周期とＡＦｍｔｌｌの焦
点ずれ検出手段との検出タイミングを同期させることに
よって常に被明酎体の同一部分からの光束を検知してス
ポットの集光状態を調整する様に構成された走査光学装
置を提供することにある． 〔課屈を解決するための手段〕 上記目的を達成する為の本発明においては、光源から射
出された光束が彼照射体上に走査され、この被照射体上
からの走査光束に基づいて焦点ずれ検出を行なう焦点ず
れ検出手段とこの検出手段からの＜Ｍ号を元に焦点ずれ
補正を行なう焦点調整手段が設けられ、上記被照射体の
移動周期と上記焦点ずれ検出手段の検出タイミングとが
同期させられている．上記被照射体上の使用領域（例え
ば感光体ドラムの画像形成範囲）外には，上記検出手段
に走査光束を導く為の反射型グレーティングパターンな
どの才一トフォーカスパターンが形成され、有効に焦点
ずれ検出が行なえる様にしている． ［作用Ｊ 上記構成の本発明においては、被照射体の同一部分から
の光束を用いて焦点ずれ検出を行なうので、オートフォ
ーカス機構の機械的取付けの誤差の悪影青が防止される
とＡＦ機構が発振運動を起こしてしまうなどと言うこと
もない． ［實施例Ｊ 第１図は本発明の実施例を示し、１は光源である半導体
レーザー素子、２はレーザー素子１かもの発散ビームを
略平行先にコリメートするコリメータレンズ系．３はコ
リメータレンズ系２を光軸方向（矢印Ａ方向）に移動し
て焦点調整を行う為の焦点調整機構、４はレーザー光束
を走査すべく矢印Ｂ方向に一定速で回転する多面鏡、５
は多面ｌ１４によって偏向されたレーザー光束を被走査
面上に結像させる結像レンズ、６はレーザー光束の被走
査面である感光体ドラムでありその軸中心はモータ７の
出力軸と結合されている．モータ７は１回転でｎ回パル
ス信号を出力するエンコーダを有しており、感光体ドラ
ム６を一定速で回転駆動する レーザー光束８は結像レンズ５により感光体ドラム６表
面を矢印Ｃ方向の主走査方向に走査され、レーザー光束
８がドラム６の後述するＡＦ（オートフォーカス）パタ
ーン形成範囲を走査されるとき、検出レンズ９がレーザ
ー光束８のスポット径を拡大してこれをフォトダイオー
ド１０上に集光する． １１はＡＰ制御回路であり、フ才トダイオードｌＯから
の出力を元に焦点！ｌｍ整機構３を作動させると共に、
モータ７のエンコーダ部分からの出力信号を元に感光体
ドラム６の回転周期と上＝ｅ′焦点調整ｉ構３の作動タ
イミングを制御する． ｌ２はレーザードライバであ・り，２｛直化された画像
信号が入力されるとこれを発光信号に変換して半導体レ
ーザー素子１に向けて出力し画像形成の為にレーザー素
子ｌの明滅を行なうと共に、ＡＦ作動信号が入力される
と半導体レーザー素子１をオートフォーカスの為に一定
光量で点燻させる． 第２図に本実施例で用いられた感光体ドラム６のＡＦパ
ターン形成範囲６ａのパターンを示す．これはビームの
焦点ずれを強調する役を果たす． 多面ｊｌ４の回転により、レーザー走査が開始されると
、最初ＡＦパターン形成範囲６ａが一定光量のビームで
走査され，続いて感光性のある画像形成範囲６ａが明滅
するビームで走査されて感光体表面に静電潜像が形成さ
れてゆ＜．ＡＦパターンは第２図に示す様に，感光体ド
ラム６上に、レーザー光の走査方向（主走査方向）と略
直交する態様で帯状に反射率の異なる２つの領域を交互
に形成する構成を有していて、ドラム６の回転方向につ
いて一定の形となっている．第２図の例は，断面が矩形
である溝を，ドラム端部の感光性を持たない研磨された
金属部に等間隔で形成して成る反射型グレーティングと
なっている．溝の間隔はレーザービームの結像時の目的
とするスポット径と同じにするのが望ましいＡＦパター
ンの溝は，第３図の如《，断面が三角形１６ａになるよ
うにしてもよい．また，第４図の様に白黒縞模様２６ａ
のＡＦパターンを印刷したテープを感光体ドラム端部に
巻着したり、第５図の様に、ドラム面上に、周囲より反
財率の低い或は高い材質２６ａを用いてグレーティング
を形成したりしても良い． 上記構成において、ドラム面上のスポットの結像状態の
検知と焦点補正は以下の様にして行なわれる． ＡＦ作動信号により、レーザー素子１が一定光量で点燈
されると共にＡＦ−制御回路ｉｔが作動される．すると
、第６図の如く、レーザー素子ｌより発光されたレーザ
ー光８はコリメータレンズ２．多面鐘４，結像レンズ５
を通り感光体ドラム６近傍に結像しつつ走査される．こ
のとき，レーザー光８はＡＦパターン形成範囲６ａを通
過した後に画像形成範囲６ｂへと走査される． 検出レンズ９はＡＦパターンの一部をフォトダイオード
１０上に結像しており，上記レーザー光８がＡＦパター
ンを走査する一瞬，ＡＦパターンからの反射光をフォト
ダイオード１０に導いている． ′ｌｊ４７図に、レーザー光８のスポットの結像ないし
集光状態とフォトダイオード１０の出力状態が示されて
おり，同図において，Ｅは検出レンズ９によりフォトダ
イオードｌＯ上に反射光が導かれる範囲を示す． 第７図（ａ）は、レーザービームスポットの焦点がＡＦ
パターン上に合焦した状態を示し，第７図（ｂ）はこの
合焦状態にてレーザー光８が走査される時のフォトダイ
オード１０の出力状態を表わす．第７図（ａ）では結像
状態が良好であるＲ．ＡＦパターンに照射されたレーザ
ー光８のスポットが主走査方向に小さく高反射率面６ａ
’の幅と略同一となり、従って反射光凰が多くなってフ
ォトダイオード１０は（ＡＦパターンの幅）／（レーザ
ー光の走査速度）の周期で大きな山形の出力波形を送出
する． 第７図（Ｃ）はレーザービームスポットの焦点が感光体
ドラム６表面より回転中心方向の奥側に移動している状
態（後ビン）を示す．このとき、レーザービームスポッ
ト径は拡大し単位面積当たりの光量は低下する．そして
拡大したレーザー光８のスポットは高反射率面６ａ’　
と低反射率面６ａ″にまたがって走査される為、フォト
ダイオードｌＯへ導かれる反射光量Ｃよ第７図（ａ）の
ときと比べて著しく減少し，出力波形は第７図（ｄ）に
示す様になだらかな山形となる． 次に、第７図（ｅ）はレーザービーム８のスポットの焦
点が感光体ドラム６表面より友軸方向において手前に移
動した状態（前ビン）を示す．第７図（ｅ）の状態では
、一度集光したレーザービーム８は焦点を過ぎてから再
び発散してゆ《為、レーザー光８のスポット径は拡大し
，上記後ビン状態と同様にフ才トダイオード１０からの
出力は第７図（ｆ）の如くなだらかな山形となる． 今，コントラストＶを， Ｖ＝　（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）／　（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）（Ｍ
ａｘ：反射光最大量、Ｍｉｎ：反射光最小Ｊｌ！ｔ）と
定義すれば、フォトダイオード１０から得られる最大コ
ントラストＶ　ＩＩｍ　ｍは第７図（ａ）の焦点ずれが
無い状態で得られることになる． 本実施例では、この原理に基づいてコントラストが最大
どなる様に焦点調ＩＩ機横３を作動させてコリメータレ
ンズ系２を光軸方向に沿って動かしている．そして、・
レーザービーム反射光が最も高いコントラストを示す（
フォトダイオード１０よりｖＭ．ｌＩが得られる）位置
にて上記コリメータレンズ系２を停止させている． 次に．ＡＦパターンの同一部分からの反射光のみを用い
て焦点ｇ４整動作が行なわれることを説明する， Ａ　Ｆ　１ｉｌ＋御回路１１には、常にモータ７のエン
コーダ部から軸出力に伴ってパルス信号が入力されてい
る．感光体ドラム６が１回転する際にモータ７から出力
されるパルス信号数はエンコーダの分解能力に応じて決
定される為，感光体ドラム６が１回転する間にａ個のパ
ルス信号がモータ７より出力される様に構成すると，Ａ
Ｆｌｉｌｌ１回路ｌ１はａＸｎ個目（ｎは整数）の信号
毎に感光体ドラム６が１回転したことを検知する．本実
施例では．ＡＦ制御回路ｌ１は，上記ａＸｎ個目の信号
がモ一夕７より入力される毎にｔ秒間（レーザー光束８
が感光体ドラム６全幅を走査するのに必要とする時間）
だけフォトダイオード１０からの信号を入力して．この
信号を元に反射光のコントラストを算出し，前回の主走
査で算出したコントラスト値と対比させて、コントラス
ト値の差分の大きさに従って焦点ｊ１整機構３の作動制
御を行なう． こうして感光体ドラム６の回転周期と焦点ずれ検出手段
の検出タイミングを同期させている． ところで、本発明においては、レーザー九８の焦点を合
わせる為の構成は任意であり得て、コリメータレンズ系
２ではなく半導体レーザー素子１や結像レンズ５等を移
動させて同一効果を得る構成としてもよい． また、オートフォーカスの作動タイミングにおいても任
意であり，上記実施例の如く１走査毎に焦点調整する必
要が無く，器内温度の変化をモニターしていて一定温度
以上になれば焦点調整をしたり，間欠作動としたり等、
如何なる作動タイミングで焦点調整をしても良い． 更に，感光体ドラム６の１回転を検知する方法において
も，感光体駆動系にエンコーダを設けたり、感光体にマ
ーキングを行ない外部センサーにて１回転を襖知したり
等、設計に応じて最適な検知方法を利用すればよい．第
８図は他の実施例を示す．この例ではドラム３６の両端
にＡＦパターン３６ａ．３６ｂが形成され、夫々のパタ
ーンに対応して結像レンズ３９ａ．３９ｂとフォトセン
サー４０ａ、４０ｂが設けてある．この構成により，感
光体ドラム３６の取付け時の傾きが検出でき，この傾き
を補正して感光体ドラム３６全幅に亙って焦点調整され
る様に焦点位置調整装置が動かされる． 上記実施例において、感光体ドラムと現像器などを一体
化したカートリッジを用いた場合、結像レンズとフォト
センサーも一体として感光体ドラムが取付けられている
ユニットないしカートリッジに固定され・ても良い．［
発明の効果］ 以上説明した様に．本発明の構成によれば、焦点ずれ検
出毎に常に被照射体の同一個所での焦点ずれ亀が検知さ
れることになり、たとえ被照射体が偏芯回転をする感光
体ドラムなどであった場合にもオートフォーカス機構が
発振運動を起こすことが防止され，高精度に被照射体上
に走査光束の焦点を合わせることが可能となり、これに
より高品質の走査が行なわれて高品質の画ａ等が得られ
る．更に、オートフォーカス機構の各部材の取付け誤差
などによる焦点調整精度への悪影響も簡単な構成で防ぐ
ことができ、また一体型カートリッジを用いる走査光学
装置でも焦点ずれ検出ができて焦点ａｍが可能となる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の！実施例の構成図、第２図乃至第５図
は焦点ずれ検出用ＡＦパターンの構成例を示す図、第６
図はＡＦパターンが走蒼光束で走査されるところを説明
する図、ｗ４７図はＡＦパターンに照射されたビーム集
光状態とフォトダイオードからの出力値との関係を説明
する図，第８図は本発明の他の実施例を説明する図であ
る． ｌ・・・・・半導体レーザー素子，２・・・・・コリメ
ータレンズ系、３・・・・・笛占調整機横、４・・・・
・回転多面鏡、５・・・・・結像レンズ、６、３６・・
・・・感光体ドラム、６ａ．１６ａ，２６ａ，３６ａ、
３６ｂ−−−−−ＡＦパターン、９．３９ａ，９ｂ・・
・・・結像レンズ、１０，４０ａ、４０ｂ・・・・・フ
ォトセンサー　ＩＩ・・・・・ＡＦ制御回路、ｌ２・・
・・・レーザードライバ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源から射出された光束が被照射体上に走査され、
   該被照射体上からの走査光束を元に該光束の被照射体上
   での焦点ずれ検出を行なう焦点ずれ検出手段と該検出手
   段からの信号を元に上記焦点ずれ補正を行なう焦点調整
   手段とが設けられ、更に前記被照射体の移動周期と前記
   焦点ずれ検出手段の検出タイミングとが同期させられて
   いることを特徴とする走査光学装置。 ２、前記焦点ずれ検出手段は、被照射体上の使用領域外
   に形成されたオートフォーカスパターンと該パターンか
   らの走査光束を結像レンズを介して受けるフォトセンサ
   ーとを有する請求項１記載の走査光学装置。 ３、前記オートフォーカスパターンは走査光束の走査方
   向と略直交する態様で帯状に反射率の異なる２つの領域
   を交互に形成する構成を有し、被照射体の移動方向につ
   いて一定の形となっている請求項２記載の走査光学装置
   。 ４、前記焦点ずれ検出手段は被照射体上の使用領域を挟
   んで両側に１個ずつ設けられている請求項１記載の走査
   光学装置。