JPH0497114A - レーザー走査系のスポット径調整装置 - 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、レーザービームを走査面上に走査するレーザ
ープリンタ等のレーザー走査系に関し、特に走査面上の
レーザービームのスポット径を調整する装置に関する。

〈従来技術〉 従来のこの種の技術としては、例えば特開平２−５１１
１９号公報に示されるようなものかある。

このものの概要を第６図〜第９図に基づいて説明する。

画像処理部６１から制御部６０に画像出力信号Ｐを出力
すると共に、レーザードライバ５１に画像信号Ｓを出力
し、レーザードライバ５１は所定のタイミングで固定レ
ーザー素子５２を明滅させる。

固体レーザー素子５２から放射されたレーザー光束は、
コリメータレンズ系５３によって略平行光とされた後、
回転多面鏡５４によって反射偏向され、ｆθレンズ群５
６ａ、　５６ｂ、　５６ｃにより収束される。

収束したレーザー光束りは、感光ドラム５９の走査面上
にスポット状に結像される。感光ドラム５９表面には、
画像−走査分の露光分布か形成され、さらに各走査毎に
感光ドラム５９を所定量回転して該ドラム５９上に画像
信号Ｓに応じた露光分布を有する潜像を形成し、周知の
写真プロセスにより記録紙上に顕画像として記録する。

次に、焦点位置調整機構の動作を説明する。

ｆθレンズ群５６ａ、　５６ｂ、　５６ｃにより収束さ
れタレーザー光束りは、バーコードフィルタ５７を介し
て光検出素子５８上にも導かれる。バーコードフィルタ
５７を光検出素子５８側から見た第７図において、レー
ザービームの走査スポットＳは矢印Ｃ方向ニ移動し、バ
ーコードフィルタ５７の透明部分５７ａを通過するとき
と、遮光部分５７ｂを通過するときとて、光検出素子５
８によって検出される光量か周期的に変化する。

このとき、結像状態か良好で走査スポットＳか走査方向
に小さければ、第８図（Ａ）に示すように、透過光りの
スポット全体に占める比率か増大するから透過部７ａ通
過時の透過光量か大きくなり、遮光部７ｂ通過時の隣接
する透過部７ａからの漏れ光量は小さくなる。

一方、第８図（Ｂ）に示すように、結像状態か悪く、走
査スポットＳが走査方向に大きければ、透過光りのスポ
ット全体に占める比率が減少して透過部７ａ通過時の透
過光量か小さくなり、遮光部７ｂ通過時の隣接する透過
部７ａからの漏れ光量は大きくなる。

第９図（Ａ）、　　（Ｂ）は夫々結像状態良好時と結像
不良時の光量変化を示したものである。

そして、最大光量θａａａｘと最小光量θｗｉｎとに基
づいて次式によってコントラストＶを求め、該コントラ
ストＶか最大となるように、焦点位置調整手段５４によ
ってコリメータレンズ系５３の光軸方向位置を調節する
ことにより、スポット径を最適な大きさに調整する。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、かかる従来のスポット径調整装置では、
以下に列挙する種々の問題点を有する。

まず、高精度な機構か必要である。即ち、スポット径の
調整をコリメータレンズの移動によって行うため、厳密
な調整精度が要求され、また、コリメータレンズ移動に
伴う光軸ズレの影響を受けやすい。

具体例では、コリメータレンズの焦点距離ｆはｆ＝５ｍ
ｍ程度と短く、焦点深度か狭い。焦点深度の定義につい
ては種々のものかあるか、スポットの中心での強度比か
８０％になる位置で定義するとπωｏ′／８λとなり、
コリメータレンズの有効径を３皿、波長を０．８μｍと
すると、焦点深度は僅か１．４μｍ程度である。焦点深
度かとの程度許容されるかは、個々のシステムによって
異なり、いちがいに上記数値を当てはめることはてきな
いとしても、μｍオーダーの精度は要求される。

さらに、もし仮に焦点深度内に調整できたとしても、可
動部を有する部品を高精度に固定しておくことは、振動
等の影響を考えると、非常に困難である。特にピント状
態を常に検出しながらフィードバックをかけるシステム
ては、記録動作中にもヒームの収束状態か絶えず変化し
てしまう。

光軸ズレの影響に関しても、やはりμｍオーダーての精
度か要求されており、このようなガタのない可動機構を
設けることは難しい。そして、これらの調整不良により
、出力画像にぼけやむらが生じたり光ビームの蹴られや
Ｈ−３ＹＮＣ信号検出異常か生じたりする。

また、調整機構が大掛かりであるため、コスト高につく
。即ち、調整精度の必要としないレンズ（例えばｆθレ
ンズや、コリメータレンズとｆθレンズの間に配置した
レンズ）を移動させる方法もあるか、直進運動を得るた
めには、モーター送りネジ・カム等の機構を必要とし、
コスト高になってしまう。

さらに、光束応答性が得られない。即ち、従来例の方法
ては、環境温度の変動によるピントずれのようにゆるや
かな緩やかな変化てを補正するには適当であるか、走査
毎に起こるスポット径の変動のような高速変化には追従
できない。

具体例では、回転多面鏡の各反射面の曲率の相違による
ピントずれ補正の問題がある。即ち、反射面は通常高精
度の平面性となるように作成されるが、面積度λ／４以
上を安定的に作ることは難しい。第１０図は、レーザー
プリンタにおいて、画素毎の縦線を描いた時の出力画像
を拡大したちのである。これは各反射面（この例では６
面）の中、１つの面だけか面精度が得られておらず、僅
かに曲率を持ってしまったために起こる現象である。周
期的に（面積度の悪い反射面で走査されている時には）
スポット径か大きくなってしまい、その結果、隣の縦線
とつながり、横方向に黒線かあるかのように視覚されて
しまう。

このようなスポット径の変動は極値かなものだが、上記
のような特殊なパターンを出力した時間題となる。

これを補正しようとすると、ピント調整機構には走査周
波数の数倍の応答か要求され、従来て無理であった。

別の例としては、回転多面鏡の前側に結像レンズを配置
したものでは、後述するように走査位置に応じて光路か
異なることにより（第３図点線参照）、合焦位置が走査
面に対して湾曲するが、これを補正するためには、少な
くとも走査周波数以上の周波数応答か、レンズ移動機構
に要求される。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもの
で、環境変化に起因するものは勿論、走査毎に起きるス
ポット径の変動に対しても、小型軽量な構造であって、
しかも容易かつ高精度にスポット径を調整できるように
したレーザー走査系のスポット径調整装置を提供するこ
とを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 このため本発明は、レーザービームを反射面で反射する
経路を経て走査面正に走査するレーザー走査系において
、前記反射面を圧電素子に鏡板を貼着して形成すると共
に、該圧電素子を通電駆動して反射面の曲率を制御する
ことにより走査面上のレーザービームのスポット径を調
整する反射面曲率制御手段を設けた構成とする。

また、前記反射面曲率制御手段は、走査面上のレーザー
ビームのスポット径を測定するスポット径測定手段を含
み、該スポット径測定手段からの出力信号に基づいて圧
電素子を通電駆動する構成としてもよい。

その場合、前記スポット径測定手段は、走査面からレー
ザービームの進行方向に所定距離離した位置に配設して
もよい。

また、前記反射面曲率制御手段は、予め定められだ補正
信号に基づいて圧電素子を通電駆動する構成としてもよ
い。

また、前記補正信号を、レーザービームを偏向させる回
転多面鏡の各反射面毎に反射面の状態に応じて定めても
よい。

更に、前記補正信号をレーザービームの走査位置によっ
て変化するように定めてもよい。

〈作用〉 反射面曲率制御手段により、圧電素子を通電駆動して反
射面の曲率を制御すると、レーザービームの収束度か変
化し、これにより走査面上のレーザービームのスポット
径を最適な大きさに調整することかできる。

また、反射面曲率制御手段として、スポット径測定手段
を含んだものでは、スポット径を測定しつつ最適な大き
さとなるように圧電素子の通電かフィードバック制御さ
れる。

前記スポット径測定手段を、走査面からレーザービーム
の進行方向に所定距離離した位置に設けると、スポット
径の変化を焦点深度から外れた部分て精度良く測定する
ことかできるのでスポット径の調整精度か向上する。

一方、前記反射面曲率制御手段として、実験等によりス
ポット径を最適になるような補正信号を定めておけは、
該補正信号に基づいて圧電素子をオーブンループにより
通電制御することができる。

その場合、前記補正信号は、回転多面鏡の各反射面毎に
定めれば、反射面毎に相違する補正量に応じて各反射面
の走査で夫々スポット径を最適に調整できる。

更に、レーザービームの走査位置によっても補正量か相
違する場合に、補正信号を走査位置に応じて定めれは走
査位置に応じて最適なスポット径に調整できる。

〈実施例〉 以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１の実施例を示す第１図において、レーザー素子１１
から発光されたレーザービームは、コリメータレンズ系
１２を通過して略平行光とされた後、反射鏡Ｉ３によっ
て反射され、さらに回転多面鏡１４によって反射偏向さ
れ、ｆθレンス群１５を通って収束され、感光ｌ・ラム
の表面等で構成される走査面（結像面）　１６上に結像
して走査される。その他レーザードライバ、画像処理部
、制御部については前述の従来例と同様であるので説明
を省略する。

本発明に係る構成部分について説明すると、前記反射鏡
１３の反射面は、第２図（Ａ）に示すように圧電素子１
３ａに鏡板１３ｂを貼着して形成される。

一方、走査面１６の延長面からレーザービームの進行方
向に所定距離Ｅ離れた位置にスポット径測定手段として
のスポット径センサ１７を設け、該センサ１７からの信
号を、反射面曲率制御手段としての圧電素子駆動回路１
８に人力させる。圧電素子駆動回路■８は、スポット径
センサ１７により測定された走査面１６上におけるスポ
ット径に基づいて圧電素子１３ａの駆動信号を演算によ
り設定しつつ、該駆動信号を圧電素子１３ａに出力し、
電歪効果により圧電素子１３ａを湾曲させる。これによ
り、圧電素子１３ａと一体の鏡板１３ｂ表面を湾曲させ
て通電量に応じた曲率を持たせ該鏡板１３ｂ表面を反射
したレーザービームの収束率を変化させて走査面１６で
のスポット径を最適な大きさに制御する。

具体的には、結像面の後方にてビームウェスト状態とな
り、結像面上ではスポット径か大き過ぎると判定された
ときに、第２図（Ａ）に示すように反射面中央部を凹ま
せてレーザービームの収束度を高めてスポット径を小さ
くする。

第２図（Ｂ）は、かかる圧電素子１３ａの構造と回路機
能を示したもので、この種の圧電素子１３ａは、バイモ
ルフ型アクチュエータと称され、金属弾性板１３１を中
心電極として、２枚の薄板状の圧電素子１３２．１３３
を貼り合わせた構造となっており、この２枚の素子１３
２．１３３が、中心電極である金属弾性板１３１　との
間に印加された電圧Ｖによって湾曲する。具体的に図で
示す無負荷時の湾曲量Ｕ。

は次式で示される。

Ｕｏ　＝６−　ｄ、（Ｉ！／ｌ）　２　（１＋ｔ、／ｌ
）Ｖ　［ｍ］但し、ｄｚ＋：等価圧電定数（２３０ｘｌ
Ｏ−１２［ｍ／Ｖ］■、印加電圧 ｔ：圧電素子１３ａの厚さ ｔ８　、金属弾性板１３１の厚さ １、　　金属弾性板１３１の全長 ！：金属弾性板１３１の自由長（βの約８５％）かかる
構成とすれは、軽量、小型な圧電素子１３ａを駆動する
たけてスポット径調整を行えるため、装置全体の小型軽
量化および低コスト化を図れ、かつ、制御も容易で応答
性にも優れる。

因に、圧電素子を利用してレーザー素子やレンズの位置
を制御することも考えられるか、反射面の曲率を変えて
制御する方か圧電素子の変位に対するスポット径の変化
量を大きく採ることかでき、高速応答の点ても優れてい
る。

尚、スポット径センサＩ７によるスポット径の測定は、
環境変化（レンズ系構成部材の熱変形等）等、比較的緩
やかなスポット径変化に対する補正を行う場合には、記
録時の初回のみ測定を行い、或いは所定の周期毎に測定
を行えは十分であるか、回転多面鏡１４の各反射面１４
ａ毎の面精度の相違等によって各走査毎に生じるスポッ
ト径の変動（大きさとしては環境変化によるものに比較
して小さい）に対しても補正を行う場合には、走査毎に
スポット径を測定して調整を行う必要かあるのて、状況
に応じて使い分けれはよい。

ここで、使用される鏡板１３ｂの厚さは、１〜３順程度
か好ましく、余り厚くなると、鏡板１３ｂに歪みを与え
るために大きな力か必要になり、実施か困難になる。

また、圧電素子１３ａに鏡板１３ｂを貼り付けるには、
接着剤を用いるのが簡単で良い方法であるか、ある程度
の剛性か必要である。鏡板１３ｂの材質に比べて極端に
小さいど圧電素子１３ａて生じた歪みか接着材部で吸収
されてしまうからである。

次に、本実施例でスポット径センサ１７を走査面１６か
らレーザービーム進行方向に所定距離ｌ離して配置した
理由について説明する。ここで、前記所定距離ｌは、レ
ーザービームの焦点深度の２〜３倍程度（２０〜３０韮
）に設定されている。

通常の光学走査系では、走査面１６にレーザービームの
ビームウェストが来るように調整される。

したかって、スポット系センサ１７か走査面１６付近に
置かれていると、スポット径か変化したとしても、ピン
トか走査面１６の前側て合っていても後ろ側で合ってい
てもスポット径は増大するため、いずれの方向に変化し
たか判断か難しくなる。そこで、ビームウェストから離
れた位置でのスポット径を測定することにより、走査面
１６にピントか合っている状態で測定される基準の大き
さに対しての大小を診ることにより何れの側にピントか
ずれているかか的確に判別でき、スポット径を容易に調
整できる。

また、コスト高とはなるか、より精度向上を図るために
、走査面の前後に、夫々スポット径センサを配置し、両
者の出力の差がＯとなるように圧電素子を駆動制御する
ようにしてもよい。

第３図は第２の実施例を示す。図て、第１の実施例と共
通の構成部分については同一符号を付して説明する（そ
の他の実施例についても同様）。

このものは、回転多面鏡１４の前側に結像レンズ２１を
配置したものに適用したものである。このタイプ（Ｐｏ
ｓｔ−Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅタイプ）のものは、レンズ系
かシンプルであり、コスト安になる利点かあるか、図示
点線のように合焦位置か走査面に対して湾曲する像面わ
ん曲と称されるピントずれを生じる。

そこで、この像面わん曲の補正を行う。像面わん曲の補
正に関しては、ピントのずれ量は走査位置によって異な
るから、前記実施例のように走査端部でスポット径を測
定しても意味かない。

そこで、予め走査位置に対する像面わん曲に対する補正
量のパターンをＲＯＭ２２に書き込んでおき、走査端部
に設けられた主走査同期用（Ｈ−３ＹＮＣ）センサ２３
からの同期信号によって、制御回路１８が前記パターン
に従って圧電素子１３ａを駆動して像面わん曲を補正す
る。具体的には、走査位置の中央部付近ではレーザービ
ームの収束状態に変化を与えず、端部に近づくほどレー
ザービームの収束位置を後方にずらすようなパターンの
駆動信号を与えてやればよい。

これにより、レーザービームの収束位置を、略走査面上
に合わせることができる。完全に合焦位置と走査面とを
一致させることは難しいか、４〜５ｍｍに入っていれは
実用上問題ない。

また、本実施例の方法で像面わん曲を補正しなから、第
１の実施例の方法を併用してドリフト的なピントすれを
フィードバック補正することも可能である。

第４図は、回転多面鏡の各反射面の状態か予めわかって
いる場合に適用した第３の実施例を示し、回転多面鏡１
４の各反射面１４ａに対応した補正信号（圧電素子駆動
信号）をＲＯＭ２２に書き込む一方、回転多面鏡１４の
各反射面１４ａを判別する面センサ３１（例えば回転多
面鏡１４の回転軸に連結されて回転角等により検出）を
設け、これによって判別された反射面１４ａに対応した
補正信号を用いて圧電素子１３ａを駆動する。この場合
には、画像領域か終了したと同時に、既に検出されてい
る次の走査の反射面１４ａの面して状態に応じて圧電素
子１３ａを駆動できるので、応答性に余裕を持たせるこ
とかできる。

更に、前記第３の実施例を変形した第４の実施例として
、回転多面鏡１４の各反射面１４ａの状態（平面度）か
走査位置によっても異なるとき（例えば、第３図に示し
たＰｏ５ｔ−Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅタイプのように、像面
わん曲を生じるようなもの）には、走査位置によって異
なるパターン信号を反射面１４ａ毎にＲＯＭ２２に書き
込んでおき、該パターン信号に従って圧電素子１３ａを
駆動制御するようにする。

また、第５図に示すように、積層形の圧電素子４Ｉの端
部に鏡板４２を固定し、該鏡板４２の中央部を押引する
ことにより曲率可変な反射面を形成したものを使用して
もよく、コストは高く付くか、得られる力が大きいため
、用途によって使い分ければよい。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、鏡板と一体の軽量
、小型な圧電素子を駆動するだけでスポット径調整を行
えるため、装置全体の小型軽量化および低コスト化を図
れ、環境による調整は勿論、圧電素子の変位に対するス
ポット径の変化量を大きく採れるので、回転多面鏡の反
射面毎の平面度の相違による走査毎のスポット径の変動
に対しても極めて応答性よく調整することかでき、像面
わん曲等による走査位置に対してのスポット径変化に対
しても良好な調整を行えるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示すシステム構成図、
第２図（Ａ）は同上実施例に使用される反射板の構造を
示す拡大断面図、同図（Ｂ）は同じく圧電素子の構造１
回路機能を示す断面図、第３図は本発明の第２の実施例
を示すシステム構成図、第４図は本発明の第３の実施例
を示すシステム構成図、第５図は反射板の変形態様を示
す断面図、第６図は従来のスポット径調整装置の例を示
すシステム構成図、第７図は同上従来例のバーコードフ
ィルタ部分を示す拡大図、第８図（Ａ）。 （Ｂ）は同じくスポット位置による透過光量を示す断面
図、第９図（Ａ）、　　（Ｂ）は同じくスポット径と透
過光量との関係を示す線図、第１０図は回転多面鏡の反
射面の１つの平面度か悪いときのスポット径の状態を示
す図である。 １１・・・レーザー素子　　１２・・・コリメータレン
ズ１３−・・反射板　　１３ａ、　４１−・・圧電素子
　　１３ｂ、　４２・・鏡板　１４・・・回転多面鏡　
　１５・・・ｆθレンズ　　１６・・走査面　　１７・
・・スポット径センサ　　１８・・・制御回路　２１・
・・結像レンズ　　２２・・・ＲＯＭ　　　２３・・主
走査同期センサ　　３１・・・面センサ 第１図 特許出願人　　　　コニカ株式会社 代理人　弁理士　笹　島　　富二雄 第２図 （Ａ） （Ｂ） （Ａ） ｎ （Ａ） 第９図 吋皆１ 第１０図 （Ｂ）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザービームを反射面で反射する経路を経て走
   査面上に走査するレーザー走査系において、前記反射面
   を圧電素子に鏡板を貼着して形成すると共に、該圧電素
   子を通電駆動して反射面の曲率を制御することにより走
   査面上のレーザービームのスポット径を調整する反射面
   曲率制御手段を設けたことを特徴とするレーザー走査系
   のスポット径調整装置。
2. （２）前記反射面曲率制御手段は、走査面上のレーザー
   ビームのスポット径を測定するスポット径測定手段を含
   み、該スポット径測定手段からの出力信号に基づいて圧
   電素子を通電駆動してなる請求項１に記載のレーザー走
   査系のスポット径調整装置。
3. （３）前記スポット径測定手段は、走査面からレーザー
   ビームの進行方向に所定距離離した位置に配設されてな
   る請求項２に記載のレーザー走査系のスポット径調整装
   置。
4. （４）前記反射面曲率制御手段は、予め定められた補正
   信号に基づいて圧電素子を通電駆動してなる請求項１に
   記載のレーザー走査系のスポット径調整装置。
5. （５）前記補正信号は、レーザービームを偏向させる回
   転多面鏡の各反射面毎に反射面の状態に応じて定められ
   ている請求項４に記載のレーザー走査系のスポット径調
   整装置。
6. （６）前記補正信号は、レーザービームの走査位置によ
   って変化するように定められている請求項４又は５に記
   載のレーザー走査系のスポット径調整装置。