JPH03194569A - 焦点ずれ検出手段を有する光束走査光学装置 - 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、例えば、偏向器やレンズ
系などを介して被走査面上に走査する光束走査光学装置
に関し、特に、温度等のぶ境変動に起因する走査光の結
像状態ないし集光スポットの焦点ずれを検出してこれを
補正する機能を有す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。

こうしたり、　Ｂ　Ｐにおいて、高密度の記録を行なう
為には、感光体である被走査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くコントラストも高い
が、スポット径が太き（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
が低くなり、それにより出力画像の品質が劣化すること
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５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
は感光体上に結像するスポットの大きさを４０１ｚｍ（
ガウス分布スポット、ｌ　／　ｅ２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、一般に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
非富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：ｂ［境温度等の変化により該光字系を構成する
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（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ら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信号に基づいて
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
カス機構（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６０−１００１１３号
公報参照）。

［発明が解決しようとする課題Ｊ 上記ＡＦ機構は感光体に走査されるビームを元に走査ビ
ームを元に走査ビームの焦点ずれを検出し、補正用レン
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
ＡＰＩｌＩＩの精度の要となっている。

ここで、この様に走査ビームを元に焦点ずれを検出する
場合、１つの方法は、走査ビームの走査範囲内にビーム
反射用の鏡等を設置し、感光体表面と光学的に等価な位
置に設けられた焦点ずれ検出手段まで走査ビームを導く
ものがある。

他の方法は、感光体面に走査される走査ビームの感光体
面自体での反射光又は反射拡散光を検出手段に導いて、
焦点ずれ検知を行なうものである更に、他には、感光体
面と同一面上に焦点ずれ検出手段を設置する方法も考え
られる。

しかし、上記いずれの焦点ずれ検出方法を用いても、走
査ビームが焦点ずれ検出手段の光学的中心に入光するこ
とが必要であり、この光学的中心を離れた所に走査ビー
ムが入光してもＳ／Ｎ比が低くなり、焦点ずれ検出精度
が著しく低下するという問題がある。

この為、ＬＢＰ装置を組み立てる際、工場内にて、焦点
ずれ検出手段の光学的中心にレーザービームが入光する
様に焦点ずれ検出手段は精密に位置調整されるものであ
る。

しかし乍ら、市場にて焦点ずれ検出手段が故障したりし
て、新しい焦点ずれ検出手段の部品と交換される場合、
部品精度のばらつきから、走査されるレーザービームが
交換された焦点ずれ検出手段の光学的中心を通りにくく
なり、充分なＳ／Ｎ比が得られなくなることがある。こ
の為、ＡＦ精度の低下を招き画質変化を起こす危険を有
している。

この危険を無くす為に、レーザー発光を行ないながら目
視で焦点ずれ検出手段の位置調整を行うことも考えられ
るが、これは危険であって実施できるものではない、従
って、市場において、上述焦点ずれ検出手段の位置調整
はスケール等を元に大まかに行なっているのが現状であ
り、この為、元の精度を確保することは不可能であった
。

よって、本発明の目的は、上記の課題に鑑み、常に高い
精度にてＡＦ作動が可能な焦点ずれ検出手段付きの光束
走査光学装置を提供することにある。

［課題を解決する為の手段］ 上記目的を達成する本発明では、レーザーなどの光源か
ら出力された光束を感光体などの被照射体に結像して走
査すると共に、該被照射体に走査される光束の焦点ずれ
を検出する焦点ずれ検出手段と該検出手段からの信号を
元に焦点ずれ補正用手段を作動させて合焦状態を達成す
る焦点調整手段とから成るオートフォーカス機構を具備
した光束走査光学装置において、前記焦点ずれ検出手段
から出力される合焦信号値を表示する機能を有する手段
が備えられている。

［作用］ こうした表示手段を備えているので、焦点ずれ検出子ｒ
Ωが適切な位置に固定されているか否かが、簡単に認識
できると共に、この表示手段を観察しながら焦点ずれ検
出手段の位置を、何ら治具を必要とせずに、適切な位置
に調整できる。

従って、使用者自身が簡単に調整作業をしたり、また市
場で、特別な器具を用いることな（焦点ずれ検出手段を
交換できることになる。

［実施例１ 第１図は本発明の実施例を示す、同図において１はレー
ザードライバであり、該レーザードライバ１に接続した
レーザー光源としての固体レーザー素子２をその発光信
号に応じて明滅させる。

３は固体レーザー素子２から放射されたレーザー光束な
略平行光とするコリメータレンズ系であり、後述する焦
点調整手段１０により、レーザー光の光軸方向である矢
印Ａ方向に所定範囲で移動可能となっている。

４は回転多面鏡であり、矢印Ｂ方向に一定速度で回転し
て、コリメータレンズ系３から射出された平行光を反射
鏡面で反射して矢印Ｃ方向（主走査方向）に走査し、５
は回転多面ｉ１４の前方に設けられたｆθレンズ群であ
り、多面鏡４で偏向されたレーザー光束りを被走査面で
ある感光ドラム６上に結像すると共にその走査速度を感
光ドラム６上において等速とする。

７は反射鏡であり、各走査の始めにレーザー光束りは、
反射鏡７を介して、焦点ずれ検出手段として光電素子を
用いたＡＦセンサー８上に導かれる。レーザー光束りは
感光ドラム６上を主走査方向に走査されると共に、感光
ドラム６は所定量ずつ副走査方向Ｃ主走査方向と光軸に
直角な方向）に回転されるので、画像信号に応じて変調
されるレーザー光束りにより感光体６上に２次元的な画
像情報が形成されることになる。

尚、感光体ドラム６の周囲には、不図示の現像器、１次
及び転写帯電器、定着器、クリーナ等が設けられており
、感光ドラム６上に上記の如く２次元的に形成された潜
像が公知の電子写真プロセスにより顕像化されて転写材
に転写される様になっている。

上記ＡＦセンサー８は、矢印Ｃ方向に沿って多数個の光
検出器を配列したＣＣＤ素子、及びこのＣＣＤ素子面が
感光ドラム６面と光字的に等価な位ｒ、にな各様にする
と共に受光範囲を広げる為の集光レンズによって構成さ
れている。

上記構成において所望の画像を形成する場合。

先ず、レーザードライバｌに画像出力信号を画像信号に
先立って入力し、所定のタイミングで固体レーザー素子
２を明滅させる。固体レーザー素子２から放射されたレ
ーザー光はコリメータレンズ系３により略平行光に変換
され、回転多面鏡４で矢印Ｃ方向に走査されると共にｆ
θレンズ群５で感光ドラム６上にスポット状に結像され
る。

こうしたレーザー光束りの走査により、感光ドラム６表
面には画像１走査分の露光分布が形成され、各走査毎の
感光ドラム９の所定量回転によりドラム９上に画像信号
に応じた露光分布を有する潜像が形成される。

上記画像出力信号は画像信号より先立ってレーザードラ
イバ１に入力され、画像信号の出力が終了した後に出力
が終了する様になっている。一方、ＡＦ制御部９は、画
像出力信号がレーザードライバ１に入力されている間、
動作を停止している、従って、画像形成動作中（すなわ
ち画像信号が出力されている間）は、焦点調整手段１ｏ
は働いておらず、画素の大きさやコントラストは一定に
保たれている。

次に、レーザー光束の焦点位置調整機構すなわちＡＦ機
構の動作を説明する。先ず、ＡＦ制御部９から作動信号
がレーザードライバ１に出力され、レーザードライバｌ
から、第２図（ａ）に示す様な一定間隔でＯＮ、ＯＦＦ
する矩形波が所定期間レーザー素子２に出力される。こ
うして固体レーザー素子２がこの信号に応じて明滅され
る。

固体レーザー素子２からのレーザー光は上記した如く走
査されると共に、反射鏡７により反射されて、感光ドラ
ム６と光学的等価位置に配設されたＡＦセンサ８内のＣ
ＣＤ素子上に投影走査される。

このとき、ＡＦ制御部９は、ＡＦセンサ８上を上記の如
くレーザー光が走査する前に、ＣＣＤ各画素の蓄積電荷
をリセットし、■ラインのスポット走査によりＣＣＤの
各画素に第２図（ｂ）に示す如く電荷が新たに蓄積され
た後にこの電荷を電気信号として読み出す。

明滅するレーザー光束で１回走査すると、ＡＦセンサ８
内のＣＣＤは、上記の如く感光ドラム６と光学的等価位
置にあるので、ＣＣＤ面上の露光分布は第３図に示す様
にレーザー光束のスポット径に応じた強弱の分布形状を
示す、従って、ＣＯＤの各画素の出力は第２図（ｂ）に
示す様な分布になり、この信号はＡＦ制御部９に送出さ
れる。

ＡＦＩＩＩｆＢ部９では、ＡＦセンサ８の最大出力値を
θｍａｘ、最小値をθｍｉｎとして、コントラストＶを
、 Ｖ＝（θ１．８−θ、、、、）　／　（θ、、、十〇１
．。）・・・　（１） の式により算出、測定する。

このとき主走査方向のスポット径が小さ（なる稈コント
ラストＶは大きくなるので、予め設定した値ｖ０と（１
）式により算出したＶとを比較して、この■が所定１１
１ｉ　Ｖ　ｏと等しくない場合には、ＡＦ制御部９から
焦点調整手段１０へ駆動信号を送出してコリメータレン
ズ系３を矢印六方向へ所定量移動させる。

こうしてコリメータレンズ系３を移動させた位置で、夫
々、上記コントラストＶを測定し、この測定値と上記設
定値ｖ０が等しくなるところでコリメータレンズ系３を
固定させる。こうすれば、光学系の焦点ずれを補正して
レーザー光束りの主走査方向スポット径を最小にするこ
とが出来ることになる。

尚、ＡＦ機構を動作させる為にＡＦ制御部９から作動信
号が上述の様に出力されるのであるが、この作動信号の
出力は各走査毎、複数走査毎、所定時間毎等に行なう様
に設定してもよいし、作業者による外部からの操作で行
われる様にしてもよいし、また温度検知器などの検知手
段により温度などが所定範囲からはずれた場合に行なわ
れる様にしても良い、要するに、ＡＦ動作を行なう時期
については、適当に装置に合わせて設定すればよい。

ところで、上記構成において、ＡＦセンサ８の位置が光
学的に感光ドラム６と等価な位置にあっても、走査され
るレーザー光がＡＦセンサ８の光学中心を通らなければ
、上記出力値θ、、８が低下し、コントラストＶ　（Ｓ
／Ｎ比）が落ちることになる。

レンズ系を用いてセンサにレーザ光を導く構成のＡＦセ
ンサ８においても、光学中心からレーザー光走査ライン
が離れるにつれてケラレ、収差が太き（なり、センサに
レーザー光を集光することが困難になる。従って、第４
図に示す様に、合焦していてもコントラストＶは低下し
て、ＡＦ合焦精度が著しく低下する。

本実施例においては、こうしたＡＦ合焦精度の低下を防
止する手段として、ＡＦ制御部９に入力されたコントラ
ストＶの値を電圧の大小に変換し、電圧計として働く表
示手段としてのメータ１１に出力可能としている。従っ
て、メータ１１の計を見ながら、固定手段を緩めて可動
になったＡＦセンサ８を上記光学的等価位置上において
移動させ、第６図（ａ）の如く計が最も大きく振れた位
置（すなわちコントラストＶが最大となった位置）でＡ
Ｆセンサ８を固定すると、第５図（ａ）に示す如くレー
ザー走査位置がＡＦセンサ８の光学中心を通ることにな
ってＡＦセンサ８の位匠調整が完了する。

レーザー走査位置が第５図（ｂ）、（ｃ）の如く光学中
心からずれているときは、たとえコリメータレンズ系３
が適切な合焦位置にあっても第６図（ｂ）、（ｃ）に示
す如く上記設定コントラスト値７０時の指針位置に大き
く届かない位置までしか針が振れないことになる。

また、このとき、ＡＦセンサ８をどう位Ｍ調整しても、
予め設定したコントラスト値ｖ０時のメタ指針位置まで
針が振れていない場合は、コリメータレンズ系３の位置
が不適切であって合焦していないか、光学系の汚れやレ
ーザーの不具合によりレーザ発光量が低下している事な
どが原因と考えられるので、ＡＦセンサ８の位置は元の
ままにしてこれらの原因を除去する様にする。

ところで、上記実施例の各構成要素は例示であって、以
下の如き変更が可能である。

合焦ないし焦点ずれ検出手段としてのＡＦセンサにＣＣ
Ｄ素子を用いてコントラストによる検出方法を採用した
が、光電素子の前に置かれたスポット径近似の幅を持つ
スリットを用いてコントラストによって検出するもの、
スポット径を光学的に分割し位相差検出を行なって合焦
信号を得る検出方法等、公知の合焦検出方法が使用可能
である焦点ずれ補正用手段としても、コリメータレンズ
系を光軸方向に動かすものに限られず、レーザー光源を
光軸方向に動かすものや、電気光学結晶を用いてそれへ
の印加電圧を制御するもの等、適当なものが用いられる
。

また、合焦信号を表示可能とする為の表示手段としても
、上記の例の他、信号をデジタル化して数字の大小に変
換して表示するもの、充電素子を用いてグラフ化して表
示するもの等、装置に応じて認識しやすい方式を適当に
選択すればよい。

［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明橙よれば、ＡＦ機能を備えた
レーザービームプリンタ等の走査光学装置において、焦
点ずれ検出手段から出力される合焦信号値の合焦度を表
示する表示手段を具備する事によって、焦点ずれ検出手
段の光学中心を光束が走査する様に、治具を必要とせず
に、簡単に検出手段の調整が出来る様になる。従って、
市場において、焦点ずれ検出手段が故障し交換が必要と
されても、合焦信号を高Ｓ／Ｎ比で検知することが出来
て常に高い精度でＡＦ作動を行なう事が可能となる。

更に、設定した合焦信号値と実際の合焦信号値を比較可
能な表示方法を用いれば、ＡＦ機構の具合（光学系の汚
れ、レーザー発光量等）を大まかに知ることも可能とな
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図は（ａ）はレ
ーザー素子の明滅発光のタイミング図、第２図（ｂ）は
第２図（ａ）のレーザー発光を受光したＣＣＤ素子がら
の出力値を示す図、第３図はレーザースポット径の大小
とＡＦセンサ内のＣＣＤ素子からの出力値の関係を示す
図、第４図はレーザー走査とＡＦセンサの位置関係にょ
るＣＣＤ素子からの出力値変化を示す図、第５図（ａ）
（ｂ）、（ｃ）はレーザー走査とＡＦセンサの位置関係
を示す図、第６図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）は第５図（ａ
）、（ｂ）、（ｃ）に夫々対応するメータの指針位置を
示す図である。 ２・・・・・レーザー素子、３・・・・・コリメータレ
ンズ系、４・・・・・ポリゴンミラー、５・・・・・ｆ
θレンズ群、６・・・・・感光ドラム、７・・・・・反
射鏡、８・・・・・ＡＦセンサ、１０・・・・・焦点調
整手段、１１・・・・・メータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、光源から出力された光束を被照射体に集光して走査
   すると共に、被照射体に走査される光束の焦点ずれを検
   出する焦点ずれ検出手段と該検出手段からの信号を元に
   焦点ずれ補正手段を作動させて合焦状態を達成する焦点
   調整手段とから成るオートフォーカス機構を具備する光
   束走査光学装置において、前記焦点ずれ検出手段から出
   力される合焦信号値を表示する機能を有する手段を有す
   る光束走査光学装置。