JPH0365919A - 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、光源からの光束を感光ドラムなどの被照射体
上に走査して被照射体上に画像形成などを行なう走査光
学装置、特に被照射体上の走査光束のスポット径の検出
手段を備える走査光学装置に関する。

【従来の技術】

従来のレーザビームプリンタにおいて、感光ドラム上の
走査光束は主走査方向径が約９０ａｍ、ＩｌＩ！走査方
向径が約１１００ａである、従って、このときのコリメ
ータレンズの焦点深度は±５〜６μｍと深く、環境変動
により生じるコリメータレンズ鏡筒の膨張、収縮による
コリメータレンズの移動があっても影響を無視できる焦
点深度値である。ところが近年、画像記録のドツト密度
が６００ｄｐｉ〜８００ｄｐｉ程度である高精細画像の
レーザビームプリンタが開発される様になって。 ここに使用されている走査光学系の走査光束の主走査方
向径が約４０μｍ、副−走査方向径が約６０μｍとなり
、コリメータレンズの焦点深度は±１μｍ以下になって
いる。従って、環境変化によるコリメータレンズのずれ
量を焦点深度内に抑えることは殆ど不可能になってしま
ったー そこで、感光ドラム相当位置で走査光束径を測定して、
この測定値に基づいてＩＩ！位置にコリメータレンズを
移動させることにより環境変化による焦点ずれを防止す
る方法が提案されている。 その−例として、レーザビムプリンタの画像書き出しタ
イミングをｉＩｑ御する水平同期信号を得る為のビーム
ディテクタによって走査光束の主走査方向径を検出する
方法がある。 この場合、ビームディテクタは一般的にＰ■Ｎフォトダ
イオードとナイフェツジの組合わせによるもので、走査
光束がナイフェツジを通過するときの波形から走査光束
の主走査方向径を知る例が既に提案されている（特公昭
６’０−９２４３号公報劃引。 側の方法は、ビームディテクタからの出力信号の立ち上
がり波形の傾斜から主走査方向を知るものであるが、セ
ンサー、や検出回路の応答時間が遅かったりすると上記
立ち上がり波形が歪んでしまって正確な計測が出来なく
なる欠点がある。 これらの欠点を克服する他の方法としてＣＣＤ素子を使
った検出器も実用化されている、ＣＣＤ素子を利用した
方法には２種類があって、その一方はＣＣＤリニアセン
サを用いた方法、他方はＣＣＤエリアセンサを用いた方
法がある。 【発明が解決しようとする課題］ ＣＣＤリニアセンサを用いた方法は、主走査方向と直交
してＣＣＤリニアセンサを配置して直接スポット径を読
み取る方法で、この方法の欠点としては、ＣＣＤリニア
センサの応答性が低く移動する走査光束の正確なスポッ
ト径が測定できず、副走査径のみで主走査径は測定でき
ないことがある。この場合、測定はＣＣＤリニアセンサ
上で走査を一時停止するかＣＣＤリニアセンサ上でパル
ス的にレーザ光を発光させるかのどちらかで行なわれる
が、いずれの場合も位置合わせが困難であるばかりかち
ょっとした変動でレーザスポットがＣＣＤリニアセンサ
上からずれてしまい実用化は困難であった。また、一方
、主走査方向径の測定は、ＣＣＤリニアセンサを主走査
線上に配置する必要がある為、前述と同様に位置合わせ
が困難であった。 このような欠点を改良したものにＣＣＤエリアセンサを
用いたものがある。この方式はＣＣＤエリアセンサを通
過する光束をＣＣＤエリアセンサ内の決まった位置でｌ
パルスだけ点灯するものであるが、ＣＣＤエリアセンサ
の素子密度が数十ミクロンと粗く、スポットの拡大投影
が必要で複雑になる欠点があった。また、主走査方向ス
ポット径を正確に測定する為には、パルス点灯時間を掻
く短時間にしないと走査方向にスポットがプしてしまい
正確なスポット径測定ができなくなり、他方、あまりパ
ルス点灯時間を短くするとＣＣＤエリアセンサへの光量
が十分、でなく、感度不足から測定不能になることもあ
った。 従って、本発明の目的は、上記の欠点を解決すべく、超
高速処理回路や複雑なＣＯＤ処理回路を用いることなく
走査光束の径を正確に検出できる検出手段を備えた走査
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１ 上記目的を達成する為の本発明においては、光源からの
光束が走査される感光ドラムなどの被照射体と光学的に
略等価な位置に、走査光束を受光する光検出手段が設け
られ、この検出手段は検出部分と非検出部分とが交互に
走査方向に沿って複数個配されて構成され、この検出部
分の走査方向の幅が複数種類ないし値ある。 検出部分及び非検出部分の具体的形態としては、受光素
子の前に置かれた複数のスリットを持つフィルターなど
があり、複数の検出部分の走査方向幅が複数種あるあり
方としては走査方向に沿って次第に一定、ｆｆｉずつ変
化する様なものなどがある。 ［作用１ 複数値の走査方向幅を持つ複数の検出部分で走査光束を
検出するので、検出光の処理が柔軟に行なえて処理手段
の設計に過度の負担がかからない。 ［実施例］ 第１図は本発明の１実施例の概略構成図である。同図に
おいて、半導体レーザなどの光源ｌから放射された光束
は、コリメータ系を構成する凸レンズ２と凸レンズ３を
通過し。 ここを通過した光束は平行光束となる。４は可変絞りで
あり、画像データから最適なスポット径が得られるよう
な絞り径が計算されてそれに従って絞り４が作動される
。絞り径を小さくすれば感光ドラム２０上に結像される
スポット径は大きくなり、反対にその逆ではスポット径
は小さくなる。 可変絞り４により絞られた光束は、シリンドリカルレン
ズ５によってポリゴンミラー６の反射面６ａに、主走査
方向（走査光束が経時的に形成する走査面内にあって光
軸に直角な方向）の径はそのままで、副走査方向（上記
走査面に垂直な方向）にのみ集光されて導かれる。こう
してポリゴンミラー６に入射した光束は、ポリゴンミラ
ー６の回転によって偏向、走査され１球面レンズ７とト
ーリックレンズ８との作用により感光ドラム２０上に結
像走査される。 ９は感光ドラム２０と略等しい光路長の所に置かれたビ
ームディテクタであり、走査光束を検出していて、各走
査毎の画像書き出しのタイミングがこれからの出力によ
り作られる。１０は走査光束の主走査方向径を検出する
為のスポット径検出器であり、ここからの出力信号に対
応して凸レンズ２を光軸方向に動かし常に最適なスポッ
ト径が感光ドラム２０上で得られる様にしている。 こうした走査光束により感光ドラム２０表面に画像１走
査分の露光分布が形成され、更に各走査毎に感光ドラム
２０を所定量副走査方向に回転してこのドラム２０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、
そして、周知の電子写真プロセスなどによりこの潜像は
記録紙上に顕画像として記録される。 第２図は上記スポット径検出器１０の詳細を示す、走査
光束が入射する表面には、主走査方向に対して垂直に伸
びた幅の異なる複数のスリットｌｌａが形成されたスト
ライブフィルター１１が配置され、そζを通過した走査
光束は明暗信号に変調され集光レンズ１２の作用で受光
１３の表面上に集光ないし結像される。 第３図はストライブフィルター１１の詳細図である。ス
トライブフィルター１１には１５本のスリットｌｌａが
刻まれていて、それぞれのスリット幅は異なっている。 走査開始側（図中左ｌ１ｌ）のスリット幅は１００μｍ
、その次のスリット幅は９５ｕｍ、その次のスリット幅
は９０ｐｍというように５μｍずつ幅が狭くなっている
。そして、最後のスリット幅は３０ｕｍになっている。 第４図はスポット径検出器１０の出力信号がスポット径
の変化によりどのように変わるかを示したもので、主走
査径が６０μｍのときは、第４図に示すように、スリッ
ト幅１１００ｕのところではスリット幅が主走査径より
も広いためスポット径検出器１０からの出力も大きいが
、スリット幅が狭くなるに従って出力は小さくなる。 走査光束のスポット径と検出器１０からの出力との関係
は、スポット径検出器１０の応答速度や感度、また走査
速度や光量によって変化する為、予めそれらの関係を実
験的に求めておく、そして、スポット径検出器１０から
の出力信号は第４図に示す様に特定のスライスレベルで
スライスして信号数を数えることで、スポット径を測定
することが可能になる０例えば、可変絞り４の絞り、径
を変えて記！！密度に応じて感光ドラム２０上のスポッ
ト径を変化させた場合、上記の様に信号数を数えること
でその時の最適なスポット径が認識でき、これに基づい
て最適なピント位置にコリメータレンズ系２，３を調整
することが可能になる。 このピント３！Ｉｕ法の１例を説明する。先ず、画像信
号の記録密度が決まるとコリメータレンズ系２，３の絞
り径が計算され、これに従って絞り４が作動する。ここ
で走査光束を走らせ、走査光がフィルター１１の第１番
目（第３図の最右方のもの）のスリットｌｌａを通過す
るときの通過光量を測定し、この動作を数回繰り返すこ
とによりその平均値を求める。この平均値が基準値にな
りつる様に繰り返し光量調整され、その後スポット径が
測定される。 スポット径の測定は、走査光束がフィルター１１を横切
った時に受光素子１３により検出された信号をＡＣアン
プで増、幅して、この増幅された信号の信号数を、所定
のスライスレベル（上記基準値に基づく）でカウントす
る様に設定されたカウンタで数えることで行なわれる。 こうした動作は、光量変動などがあると正確な測定がで
きない為に、数回繰り返して行なわれ、その平均値Ｃｔ
が求められる。 次に、凸レンズ３がポリゴンミラー６の方向（以下、こ
の方向を子方向と呼び、これの逆方向を一方向と呼ぶ）
に所定量移動させられ、同様にフィルター１１を横切る
走査光束の信号数が数えられてその平均値Ｃ２が求めら
れる。凸レンズ３の移動方向は上記Ｃ１と０２を比較す
ることで決定される。 第５図のフローチャートを参照しながら更に説明する。 測定シーケンスが開始されると、凸レンズ３の現在位置
で走査したときのスリット通過信号がカウントされ、こ
のときの信号のカウント値Ｃｔを計算してメモリに、記
憶する０次に、凸レンズ３を子方向に所定量移動して、
再びスリット通過信号がカウントされ、このときの信号
のカウント値Ｃ２を計算してメモリに記憶する。ＣＩと
Ｃ２は演算ルーチンによって比較されＣ１＝Ｃ２のとき
は、凸レンズ３を子方向へ移動して、再びスリット通過
信号をカウントする。このときのカウント値を０３とし
てメモリに記憶する。 次に、前回と同様にＣ２とＣ３が比較されＣ２＝Ｃ３の
ときには、測定シーケンスは終了して次のシーケンスに
移る。Ｃ２とＣ３が等しくないときは、凸レンズ３を一
方向へ移動して測定シーケンスは終了する。Ｃ１とＣ２
が等しくないとき、再びＣｔと０２が比較され、Ｃ１よ
り０２が大きいときは、Ｃ２の値をＣ１の結果が格納さ
れているメモリへ転送する。その後、凸レンズ３を子方
向へ移動するルーチンへ行き、繰り返す、また、Ｃ１が
Ｃ２よりも大きいときは、凸レンズ３を一方向へ移動し
てＣ２の値を０１・の結果が格納されているメモリへ転
送し、再び、測定ルーチンへ行き、繰り返す。 以上は次の原理に基づいている。 コリメータレンズの一部である凸レンズ３が移動すると
コリメータレンズからの出射光束が平行光束にならずに
、スポット径検出器１０のスリット上にピントぼけの状
態で集光する。この結果走査光束の主走査ビーム径はピ
ントが合った状態よりも大きくなってしまう、ピントが
ぼけてビーム径が大きくなれば、スリット幅の狭い部分
を通過するときの出力は小さくなる。ピントが合った状
態が最もビーム径が小さくなることから、所定のスライ
スレベルで出力信号をスライスしてカウントし、カウン
ト数が最も大きい数字になったときをピントが合った状
態とすることができる。 可変絞り４は不図示の機構で変化させられるが、これは
カメラなどの絞りと同様な機構で平行光束になった後に
設けられる。 絞り径が大きいときは結像レンズを通過した光束の焦点
位置でのスポット径は小さく、絞り径が小さいときは逆
に大きくなる。焦点深度はこれに比例して変化し、スポ
ット径が小さいときは浅く、スポット径が大きいときは
深くなる。このことは凸レンズ３の移動に応じて敏感に
ピント状態が変化することを意味している。このような
欠点をカバーするために、絞り径が大きいときには凸レ
ンズ３の１回の移動量を小さくして、絞り径が小さいと
きには移動量を大きくする。こうして可変絞り４の絞り
径の変化に対応して凸レンズ３の１ステツプの移動量を
変えるようにすれば、精度の高いピント調整が可能にな
る。 以上において、コリメータレンズ系を構成する凸レンズ
２と凸レンズ３のうち凸レンズ３を移動してピント調整
していたが、凸レンズ２と凸レンズ３を一体にして動か
しても構わない、また、コリメータレンズ系は２枚構成
でなく、１枚構成でも構わない、ただし、この場合は、
コリメータレンズ系の焦点深度が浅く数ミクロンになっ
て調整精度が高くなる欠点がある。このようなことから
、コリメータレンズ系を２枚構成にして、移動量に対し
て焦点距離の変化が少ない前玉を動かすようにした方が
有利である。 スポット径検出器１０は、受光素子１３の前にストライ
ブフィルター１１を設けていたが、センサー自体をスト
ライブ状に構成することも可能である。この場合は集光
レンズ１２は省略することも可能である。また、集光レ
ンズ１２自身にストライブフィルターを形成しても良い
。 また、ビームディテクタ９とスポット径検出器１０を別
個に設けていたが、これらを−体にすることも可能であ
る。更に、ビームディテクター９はスポット径検出器１
０のいずれかのスリットｌｌａの部分に兼用させること
も可能である。 【発明の効果］ 以上説明したように１本発明の構成によれば、複数の検
出部分の走査方向幅が複数種類ある光検出手段を用いて
走査光束のスポット径を検出しているので、超高速ない
し複雑な処理回路を必要とすることなく、様々なスポッ
ト径に対応して最適な焦点ａｍを行なうことが可能とな
っている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略構成図、第２図はスポ
ット径検出器の詳細図、第３図はストライブフィルター
の詳細例、第４図はスポット径検出器の出力信号を示す
図、第５図はコリメータレンズ系の調整フローチャート
である。 １・・・光源、２，３・・・凸レンズ、４・・・可変絞
り、６・・・ポリゴンミラー９・・・ビームディテクタ
、１０・・・スポット径検出器、１１・・・ストライブ
フィルター　１１ａ・・・スリット、１２・・・集光レ
ンズ、１３・・・受光素子（２０・・ｅ感光ドラム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源から放射される光束を被照射体上で走査する走
   査光学装置において、被照射体と光学的に等価な位置に
   走査光束を受光する光検出手段が設けられ、該光検出手
   段は検出部分と非検出部分とが交互に複数配されて構成
   され、該検出部分の走査方向の幅が複数種類あることを
   特徴とする走査光学装置。 ２、前記検出部分の走査方向の幅は一方向に沿って次第
   に減少している請求項１記載の走査光学装置。 ３、前記光検出手段は、受光素子の前に設けられた、複
   数の走査方向幅を持つ複数のスリットが形成されたスト
   ライプフィルターを有する請求項１記載の走査光学装置
   。