JPH0338610A - 走査位置制御機能を有する走査光学装置 - 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、高精細画像の記録、読取りなどを行なう為の
走査光学装置、特に、走査光束が経時的に形成する走査
面と垂直な方向のビームスポットの集光位置を検出して
制御することができる走査光学装置に関する。

［従来の技術］ 従来、レーザー走査装置において、レーザービームの結
像位置誤差を補正する為に、光源またはレンズをアクチ
ュエータにより移動制御することが知られている（例え
ば特開昭５９−１１６６０３号公報参照）。

また、光デイスクメモリシステムにおいてピックアップ
レンズを制御することによりビームを光デイスク面に自
動的に合焦させること（オートフォーカス）やビームを
目標トラック上に自動的に唾射すること（オートトラッ
キング）ら知られている。

［！明が解決しようとする課題］ 前者の従来例において、レーザービームの結像位置誤差
を補正する為に、・光源或はレンズを光軸方向に移動制
御する際に、感光体上において、レーザービームが走査
面と垂直な方向にずれてレーザースポットがこの方向に
位置ずれを起こす場合がある。

また、光偏向器として回転多面鏡や振動ミラーを使用す
る場合、その偏向反射面の加工誤差や回転軸ぶれ誤差な
どによってレーザービームが走査面と垂直な方向にずれ
てレーザースポットの同方向への位置ずれが生じる場合
もある。

一方５後者の従来例である光デイスクメモリシステムに
おいては、記録媒体すなわち光ディスクが回転すること
で光情報記録が行なわれ、上記の走査光学系の様に、そ
の中に光偏向用の光偏向器が使用されていない、従って
、基本的には光源と光デイスク上の結像点の位置関係は
不変であり、光デイスク面の変動（偏心、傾きなど）に
対処する為にのみオートフォーカス（ＡＦ）やオートト
ラッキング（ＡＴ）を行なうことが必要、とされている
、しかし、こうした変動は微小であるので、これらＡＦ
やＡＴの技術を、前者の従来例の如きレーザー走査光学
系に適用して上記位置ずれを補正することは、ｌｌＩ成
の違い等によって容易ではなかった。

換言すれば、レーザー走査光学系の場合は、光デイスク
メモリシステムと違い、光源と感光体などの記録媒体面
上の結像点の位置関係が光偏向器の周期的運動により時
間と共に変化するので、この移動する結像点に対し如何
にその位置ずれを制御するかが問題であった。

従って、本発明の目的は、上記問題を解決すべく、ビー
ムスポットの被走査面上における位置ずれを制御するこ
とができる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においては、光束の走査面と
垂直な方向における感光体や文字画像情報が記録されて
いる原、稿などの被走査面上のビームスポットの位置ず
れを検出する手段と、同方向にビームスポットを移動制
御する手段とが備えられ、上記検出手段からの信号に応
じて、この制御手段はビームスポットが常に所定の態様
で走査されるようにスポット位置を移動制御する。

更に、上記検出手段はビームの走査面内におけるビーム
の焦点ないし集光位置ずれを検出する機能を持ち得て、
走査面に垂直な方向のビームスポットの位置すれと、走
査面内にあってビーム走査の方向と直交する方向のビー
ムウェスト位置ずれとを夫々独立に補正するようにして
もよい。

スポット位置制御は、記録ないし読取り走査などを行な
う前に行なっても良いし、こうした走査を行いつつ行な
ってもよい。

前者の場合には、感光体などの被走査面の延長上にスポ
ット位置検出手段を配置し、ビームスポットが被走査面
を走査し始める迄にビームスポット位置の最適位置を検
出しそしてその位置を走査する様に制御手段を作動させ
る。

後者の場合には、被走査面を走査するビームを、被走査
面に到達する前で分割し、被走査面と光学的に等価な位
置に複数個のスポット位置検出手段を配置し、記録や読
取りなどの走査中も、それらの検出手段でビームスポッ
ト位置を検出すると同時に所定の位置をビームスポット
が走査する様に制御手段を作動させる。

【実施例］ 第１図は本発明の第１実施例を示す、同図において、ｌ
は半導体レーザーとコリメータレンズより成る光源装置
、２はスポット位置制御系、３は回転多面鏡、４は回転
多面鏡３の駆動モータ、５は走査レンズ系、６は感光体
ドラム、７はスポット位置検出器、８はスポット位置検
出器７からの電気信号を処理する検出信号処理回路、９
は検出信号処理回路８から出力される信号に応じてスポ
ット位置制御系２に対して制ｆｉｌ信号を発生させる制
御回路である。

第２図はスポット位置検出器７の基本的な構成を示し、
１０ａ、１０ｂは独立の光電変換器、ｌｌａ％　１１ｂ
、ｌｌｃは遮光板で、レーザースポットが走査される方
向に長く伸びこの走査方向と直交する方向（副走査方向
）に所定の幅を持つスリット状の開口が遮光板１１ａと
ｌｌｂ％　ｌｌｂとｌｌｃの間に形成されている。第３
図はスポット位置検出器７を正面から見た様子を示し、
Ｓ、、Ｓ、、Ｓ、は検出器７の上を走査されるレーザー
スポットの位置の例を示す。

以下、スポット位置検出器７による、レーザースポット
の走査方向ないし位置のズレの検出について説明する。

第４図は、第３図の様にレーザースポットが位ｉｓ、−
ｓ、→Ｓ、と時間と共に走査される場合に、光電変換器
１０ａと１０ｂから出力される電気出力１．と１１の差
Δ■（ミ１、−１．）が時間と共にどう変動するかを示
し、Δ■＝Ｏのとき光電変換器１０ａとｌＯｂの両電気
出力は等しくレーザースポットが第３図の位置Ｓ２のと
ころにある状態に対応する。レーザースポットが第３図
の如く左上から右下へと傾いて走査されるとき上記ΔＩ
は第４図の如く変化してこれが検出される、所定の走査
は第３図の位置Ｓ２が左から右へと連続するものである
ので、スポット位置検出器７からの出力に基づく上記Δ
Ｉが常に零となる様に制御回路９を作動することによっ
て所定のスポット位置を走査可能となる。

上記において、スポット位置制御系２によるスポット位
置制御の態様は種々あり得て。

例えば、走査方向或は副走査方向にのみパワーを有する
シリンドリカルレンズを光軸方向に動かす方法がある。

以上の構成において、スポット位置制御は、感光体ドラ
ム６上の走査をレーザースポットが開始する前に所望の
スポット位置制御の動作を完了し、その後所望のスポッ
ト位置を維持する様にスポット位置制御系２をホールド
する様になっている。

第５図は上記実施例において用いられたスポット位置検
出器７と代替可能な検出器７′を示し、この検出器７゛
では遮光板を使用しないで、レーザースポット走差方向
と直交する方向に２分割され、走査方向に長く伸びた一
対の光電変換器１２ａ、１２ｂが設けられている。この
検出器７′上を第３図に示す如くスポット位置が変位し
ても、略第４図と同様にΔＩが変化し、スポット位置制
御は上記と同様に行なわれ得る。

ここで、第１実施例の信号処理系のタイミングチャート
を示す第６図と、そのブロックダイアグラムを示す第７
図に沿って、第１実施例のスポット位置制御について詳
述する。

走査するレーザースポットが第３図の様にスポット位置
検出器７に照射された状態を考える。レーザースポット
は左から右へ走査されているとする。スポット位置検出
器７の光電変換器１０ａ及び光電変換器ｌＯｂの出力は
時間経過に従い、その出力が第６図（ａ）（ｂ）の如く
変化する。８０点はスポット位置検出器７にレーザース
ポットが最初に当たる点であり、測定開始点である。Ｓ
４点はスポット位置検出器７にレーザースポットが最後
に当たる点であり、測定終了点である。

第３図の如くレーザースポットが走査される場合、光電
変換器１０ａの出力は８０点より立ち上がり、Ｓｌ近傍
で最大となり、以後次第に減少する。一方、光電変換器
ｔａｂの出力はＳＯ通過後次第に増加し、Ｓ３近傍で最
大となり、Ｓ４点で立ち下がる。

第３図は、走査するレーザースポットが所定の走査方向
に対して右下りに傾いている様子を示しているが、ここ
で走査するレーザースポットが走査方向に対して更に右
下りに傾いたとする。すると、光電変換器１０ａ及び光
電変換器ｔｏｂの出力が最大となる点Ｓｔ及びＳ３は中
央位置Ｓ２に寄ってくる。この時第６図（ｃ）の光電変
換器１０ａ及び光電変換器ｔａｂの出力差に注目すれば
、中央位置Ｓ２近傍の傾きも大きくなっている０反対に
走査するレーザースポットの所定の走査方向に対する傾
きがより緩やかになれば、中央位置Ｓ２近傍の光電変換
器１０ａ及び光電変換器１０ｂの出力差は小さくなる。

そこで中央位置Ｓ２近傍の２点を選び、光電変換器１０
ａ及び光電変換器１０ｂの出力差を測定できる様に構成
する。

またレーザースポットの走査方向が記録時走査方向に対
して傾きがなく、上下方向にずれている時は光電変換器
１０ａ及び光電変換器１０ｂのいずれかに出力が得られ
る。従って、両者の出力和（第６図（ａ））により上下
いずれかにずれていることが分かる。上下のどちらにず
れているかは光電変換器ｔＯａ及び光電変換器ｔａｂの
出力を直接観測すれば分かる。ずれがない時はレーザー
スポットが遮光板ｔｔｂにより遮光されるので出力和は
Ｏになる。そこで光電変換器１０ａ及び光電変換器１０
ｂの出力和を測定できる様に構成する。

この為に、検出信号処理回路８は第７図のブロックダイ
アグラムの如く構成されている光電変換器ＬＯａ及び光
電変換器１０ｂの出力は差動増幅回路８０及び加算器８
３に接続される。差動増幅器８０は光電変換器ｌＯａ及
び光電変換器１０ｂの出力差を出力する、差動増幅器８
０の出力はサンプリング回路８１ａと８１ｂに接続され
る。

加算器８３の出力は、光電変換器１０ａ及び光電変換器
ｔａｂの出力の算術和であり、これを第６図（ａ）に示
す。加算器８３の出力は２値化回路８４により、適当に
選ばれたスレショルドレベルで２値化される（第６図（
ｅ））と共にエラー信号２として取り出される。エラー
信号２はレーザー、スポットの上下方向のずれに依存し
ている。

２値化回路８４の出力は第６図（ｅ）のように測定開始
点ＳＯから測定終了点Ｓ４の間がＨｉｇｈレベルになる
。２値化回路８４の出力はサンプリング８７と遅延回路
８５に入力される。遅延回路８５は入力即ち２値化回路
８４の出力の立ち上がりエツジによりトリガされ、時間
Ｔｌ後に、測定用パルスＰａを出力する（第６図（ｆ）
）、測定用パルスＰａはサンプリング回路８１ａと遅延
回路８６に接続されている。サンプリング回路８１ａで
は測定用パルスＰａにより光電変換器１０ａの出力がサ
ンプリング及びホールドされる（第６図（ｈ））。

遅延回路８６は入力即ち測定用パルスＰａによりトリガ
され、時間Ｔ２後に、測定用パルスルｂを出力する（第
６図（ｇ））、測定用パルスルｂはサンプリング回路８
１ｂに接続されている。サンプリング回路８１ｂでは測
定用パルスルｂにより光電変・換器１０ｂの出力がサン
プリング及びホールドされる（第６図（ｉ））。

遅延時間ＴｌとＴ２は測定用パルスＰａとｐｂが中央位
置Ｓ２の左右で発生する様に設定する。第６図から明ら
かな様に遅延時間ＴＩの変動は第６図（ｃ）の信号の傾
きの測定の直接の誤差にはならない、一方、遅延時間Ｔ
２の変動はこの傾きの測定の直接の誤差にむる。従って
、遅延回路Ｔ２は測定中安定に維持しなければならない
。

サンプリング回路８１ａと８１ｂの出力は差動増幅回路
８２に入力される。差動増幅回路８２の出力はサンプリ
ング回路８１ａと８ｔｈの出力差で、これを第６図（ｊ
）に示す、差動増幅回路８２の出力はサンプリング回路
８７に接続されている。サンプリング回路８７では２　
ｆａ化開回路８４出力立ち下がりエツジによりサンプリ
ング及びホールドされる（第６図（ｋ））、サンプリン
グ回路８７のサンプリングは測定用パルスＰ−ｂの発生
時点より後であればいつでもよい。

以上の説明より、サンプリング回路８７の出力は差動増
幅器８０の出力の中央部の傾きの程度を表わすので、走
査されるレーザスポットの所定の走査方向に対する傾き
の程度を表わすことが分かる。この出力をエラー信号ｌ
と呼ぶことにし、上記エラー信号２及び光電変換器１０
ａとｔｏｂの出力と共に、制御信号を発生する制御回路
９に入力される。

これにより、レーザスポットが上下いずれの方向にずれ
ているか（エラー信号２と光電変換器１０ａとｌＯｂの
出力から）と共にその走査方向が所定の走査方向に対し
てどの程度傾いているかが検出され、これらの構出信号
に基づいて制御回路９がスポット位置制御系２を駆動す
ることになる。

次に、第２図の形態のスポット位置検出器７を例にとっ
て、レーザスポットの合焦状態の調整について説明する
。

ここで、回転多面境３で反射されたレーザービームが検
出器７のところに行く状態で回転多面鏡３を止めてスポ
ット位置制御系２によってレーザースポット記録時走査
方向及び光軸方向に対し垂直方向に走査してみる。第８
図において、光軸方向は紙面に垂直な方向であり、記録
時走査方向は左右方向であるとする。レーザースポット
を走査方向に対し垂直に、即ち紙面の上方より下方へ一
定速度で走査する。この時、光電変換器１０ａにレーザ
ースポットが当たり始める時刻をｔｌ、光電変換器ＬＯ
ａとｔｏｂの中間に来る時刻をｔ２、光電変換器ｌＯｂ
に当たり終る時刻なｔ３とする。第８図では紙面向上下
方向の走査を水平方向に展開して表現している。第８図
（Ａ）ではレーザースポットが斜めに走査されているよ
うに見えるが、実際は上方から下方へ走査されている。

第８図（Ａ）−（１）はレーザースポットが光電変換器
１０ａ及び１０ｂに即ち感光体ドラム６に合焦している
状態を示している。

従って、レーザースポットの直径は最小になっている。

この時の光電変換器１０ａと１０ｂの出力の和は第８図
（Ｂ）のようになる。

合焦時特有の事としては、レーザースポットが光電変換
器１０ａと１０ｂの中間に来た時、遮光板ｔｔｂにより
遮光されるのでその出力和がほとんどＯになる事である
。

第８図（Ａ）−（２）はレーザースポットが光電変換器
１０ａ及び１０ｂに、即ち感光体ドラム６に少しデフォ
ーカスしている状態を表わしている。レーザースポット
が光電変換器１０ａと１０ｂの中間に来た時の出力和の
落ち込みは合焦の時より小さい。第８図（Ａ）　−（３
）のように更に大きくデフォーカスすると出力和の落ち
込みは更に小さくなる、このようにレーザースポットが
光電変換器１０ａとｔｏｂの中間に来た時出力和の落ち
込み量を観測すれば合焦状態か否かを測定できる。

第９図により合焦状態測定信号即ちＡＰ信号の検出回路
を説明する。

第１図の第１実施例と同じスポット位置検出器７の光電
変換器１０ａ及びｌＯｂの出力はＡＦ信号処理回路２８
に接続されている。

加算器２８１は光電変換器１０ａ及びｌＯｂの出力を加
算する。加算器２８１の出力はサンプリング回路２８２
と２値化回路２８３に接続されている。加算器２８１の
出力は２（ｉＩ化開回路２８３より、適当に選ばれたス
レショルドレベルで２値化される。２値化回路２８３の
出力は第６図（ｅ）のように測定開始時刻ｔｌから測定
終了時刻ｔ３の間がＨｉｇｈレベルになる。遅延回路２
８４は２値化回路２８３の立ち上がりエツジによりトリ
ガされる。遅延回路２８３の遅延時間Ｔ３はＴ３＝ｔ２
−ｔｌとなるように設定される。

遅延回路２８３の出力はサンプリング回路２８２のサン
プリングパルスとなる。

サンプリング回路２８２により加算器２８１の出力がサ
ンプリング及びホ、−ルドされる、第８図を参照すれば
、サンプリング回路２８２の出力が上記中間時の出力和
の落ち込みを表わすので、ＡＦ倍信号ある事が分かる。

ＡＦ倍信号合焦位置において最小値をとる、光源装置１
、走査レンズ系５．感光体ドラム６のいずれかを光軸方
向に移動させて、合焦位置を見つけることができる。

なお、この際感光体ドラム６を移動させる場合はスポッ
ト位置検出器７と一体で移動させるものとする。もちろ
ん、スポット位置制御系２に記録時走査方向に対するレ
ーザースポットの傾き補正機能と共に光軸方向の調整機
能を持たせ、これにより合焦状態に追い込んでも良い。

以上の位置ずれが調整された後で、レーザー光源装置ｌ
から、画像情報に応じて変調されたレーザービームが出
射され、感光体ドラム６上に走査方向に走査されると共
に、感光体ドラム６が副走査方向に回転されて、感光体
ドラム６上に画像情報が形成・される。

第１０図は本発明の第２実施例を示すもので、走査レー
ザービームをビーム分割器１６にて一部分割して、感光
体ドラム６と光学的に等価な位置に配置されたスポット
位置検出器１５に導いている。この例においては、スポ
ット位置検出器１５は第２図或は第５図に示す如きもの
が走査方向に複数個配列された構成であったり、第２図
や第５図の構成の光電変換面が走査方向に、実効走査長
に相当する長さだけ伸びた構成であったりする。

第２実施例においても、検出器１５からの信号により、
検出信号処理回路１７及び制御回路１８を介して、スポ
ット位置制御系２が制御されて上記のビームスポット位
置ずれが調整される。

第２実施例では、感光体ドラム６上のほぼ全面において
直接的にスポット位置ずれが観測されるので、より正確
に位置ずれ制御が行なわれる。特に、焦点制御を行なう
システムにおいて第２実施例を適用すると効果が大きい
、即ち、焦点位置制御を行なう為には何らかの光学要素
を移動する必要が生じ、その移動に伴ってレーザー走査
面と垂直な方向に移動誤差が派生し易いのであるが、こ
の移動誤差が第２実施例では信号記録中にも調整されう
る。

第１１図は本発明の第３実施例を示し、この例ではスポ
ット位置検出器７−１と７−２が感光体ドラム６の両側
に配置されている。

この様な配置により、第１実施例の配置では検出困難で
あった、走査レーザースポットの走査方向に対するより
緩やかな傾きをも検知できる。

スポット位置検出器？−１と７−２は第１２図の如く並
列接続され、従ってその信号処理回路８は第８図に示す
如き構成のままでよい。

【発明の効果１ ４゜ 以上の構成を有する本発明によれば、偏向器を介して光
源からビームが被走査物体上に走査される構成において
も、走査ビームスポットの位置ずれが確実に検知され、
それに基づいて適切な調整が成されつる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の構成図、第２図はスポット位置検
出器の詳細図、第３図はスポット位置検出器による位置
ずれ検出を説明する為の図、第４図は位置ずれを表わす
信号を説明する図、第５図はスポット位置検出器の変形
例を示す図、第６図は信号処理系のタイミングチャート
を示す図、第７図は信号処理系のブロックダイアグラム
を示す図、第８図はスポットの合焦状態の調整を説明す
る図、第９図はＡＦ（ｍ号の検出回路を示す図、第１０
は第２の実施例の構成図、第１１図は第３の実施例の構
成図、第１２図は第３の実施例の信号処理系を説明する
図である。 ｌ・・・・・光Ｗ！Ａ装置、２・・・・・スボット位置
制御系、３・・・・・回転多面鏡、５・・・・・走査レ
ンズ、６・・・・・感光体ドラム、７．７’、７−１．
７−２．１５・・・・・スポット位置検出器、８．１７
・・・・・検出信号処理回路、９．１８・・・・・制御
回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源より出射するビームを、光偏向器を介して被走
   査物体上に走査する走査光学装置において、被走査物体
   上を走査されるビームスポットの、ビームの走査面と垂
   直な方向における位置ずれを検出するスポット位置検出
   手段と、該検出手段から出力される信号に応じてビーム
   スポットを、上記ビームの走査面と垂直な方向に制御す
   るスポット位置制御手段とを有する走査光学装置。 ２、前記スポット位置検出手段はビームの走査面内にお
   けるビームの焦点位置ずれも検出し、該検出手段からの
   信号に応じて、ビームスポットの、走査面と垂直な方向
   における位置ずれと共に走査面内におけるビームの焦点
   位置ずれを独立に制御する請求項１記載の走査光学装置
   。