(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＤ発光パターン制御手段で測定対象である走査光学系のレーザ光源の出力を画素単位で変調させて走査ビームの点灯・点滅を制御した走査ビームの光路上に設けられた複数の光偏向手段で一走査の複数点で結像される走査ビームを偏向して所定の結像範囲内に複数点で結像させ、複数点で結像される走査ビームの光強度分布を１つの２次元エリア型の検出手段で２次元画像データとして取得し、取得した２次元画像データを画像処理手段で画像処理して走査光学系で出射する走査ビームの光学特性を検出する走査光学系測定装置であって、
前記検出手段の前段に、倍率の異なる複数の対物レンズを設け、複数の対物レンズを低倍率から順次高倍率側に切り替えながら２次元画像データを取得することを特徴とする走査光学系測定装置。
【請求項２】
前記ＬＤ発光パターン制御手段は、一走査分の発光パターンを画素単位に変調データとして記憶する発光パターン記憶手段を有し、前記走査光学系の走査タイミングを検知する同期検知手段から出力する同期信号により位相同期させ、同期信号の立下りタイミングで画素クロック信号を生成し、生成した画素クロック信号により発光パターン記憶手段に記憶した発光パターンの発光タイミングを生成する発光タイミング同期手段を有する請求項１記載の走査光学系測定装置。
【請求項３】
前記検出手段の検出タイミング用の信号として、前記走査光学系の走査タイミングを検知する同期検知手段からの出力信号をもとに所定時間だけ遅延させた信号を発生させる検出トリガ発生手段と、該検出手段に入射する露光時間を可変に設定することができる遮へい手段とを有する請求項１又は２記載の走査光学系測定装置。
【請求項４】
前記光偏向手段を、走査平面内で任意の角度に回動自在な回動機構と走査平面内を移動自在な移動機構を有する位置可変装置に装着した請求項１乃至３のいずれかに記載の走査光学系測定装置。
【請求項５】
前記画像処理手段は、検出手段で検出した２次元画像データを画像処理して、主走査方向に離間した複数点に結像される走査ビームの主走査方向と副走査方向のビーム径を算出する請求項１乃至４のいずれかに記載の走査光学系測定装置。
【請求項６】
前記画像処理手段は、検出手段で検出した２次元画像データを画像処理して、前記主走査方向に離間した複数点に結像される走査ビームの副走査方向の座標から測定対象である走査光学系の走査線曲りと走査線傾きを測定する請求項１乃至５のいずれかに記載の走査光学系測定装置。
【請求項７】
前記画像処理手段は、検出手段で検出した２次元画像データを画像処理して、前記主走査方向に離間した複数点に結像される走査ビームの間隔とあらかじめ設定された走査ビームの間隔の規定値から測定対象である走査光学系の倍率誤差を算出する請求項１乃至６のいずれかに記載の走査光学系測定装置。
【請求項８】
測定対象である走査光学系のレーザ光源の出力を画素単位で変調させて点灯・点滅制御して一走査の複数点で結像される走査ビームを偏向して所定の結像範囲内に複数点で結像させ、複数点で結像される走査ビームの光強度分布を１つの２次元エリア型の検出手段で２次元画像データとして検出し、検出した２次元画像データを画像処理して、主走査方向に離間した複数点に結像される走査ビームの主走査方向と副走査方向のビーム径を測定する走査光学系測定方法であって、
前記検出手段の前段に、倍率の異なる複数の対物レンズを設け、複数の対物レンズを低倍率から順次高倍率側に切り替えながら２次元画像データを取得することを特徴とする走査光学系測定方法。
【請求項９】
前記主走査方向に離間した複数点に結像される走査ビームの副走査方向の座標から測定対象である走査光学系の走査線曲りと走査線傾きを測定する請求項８記載の走査光学系測定方法。
【請求項１０】
前記主走査方向に離間した複数点に結像される走査ビームの間隔とあらかじめ設定された走査ビームの間隔の規定値から測定対象である走査光学系の倍率誤差を算出する請求項８又は９記載の走査光学系測定方法。
【請求項１１】
請求項１乃至４のいずれかに記載の走査光学系測定装置の画像処理手段から出力する測定対象である走査光学系で出射する走査ビームの光学特性に基づき、前記走査光学系の複数の光学部品の組付位置を調整する調整機構部を有することを特徴とする走査光学系調整装置。
【請求項１２】
前記調整機構部は、画像処理手段から出力する主走査方向に離間した複数点に結像される走査ビームの主走査方向と副走査方向のビーム径から、測定対象である走査光学系の走査ビームの主走査方向と副走査方向の焦点位置を調整する光学部品の位置を調整する請求項１１記載の走査光学系調整装置。
【請求項１３】
前記調整機構部は、画像処理手段から出力する測定対象である走査光学系の走査線曲りと走査線傾きから、前記走査光学系の走査結像光学系の光学部品に位置を調整する請求項１１又は１２記載の走査光学系調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子写真方式を使用したプリンタやファクシミリや複写機等の画像形成装置の走査光学ユニットにおける走査ビームの光学特性を測定して、走査光学ユニット内で使用される光学素子の品質、例えば面精度や表面欠陥及び内部欠陥等による光学性能上の影響を評価できる走査光学系測定装置と測定方法及び走査ビームの光量分布を確認しながら、使用される光学部品の組付け調整を行う走査光学系調整装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式を使用したプリンタや複写機等の画像形成装置に用いられる走査光学系は、一般に、レーザ光源とコリメートレンズと各種レンズとミラー及びポリゴンミラーなどで構成されている。そしてレーザ光源から放射された光束をカップリングレンズによって平行光束若しくは発散光束に変換し、カップリングレンズにより変換された光束をポリゴンミラー等により偏向し、偏向した走査ビームは結像レンズとミラー系によって感光体の表面に結像する。感光体の主走査方向に走査され結像した点像は、感光体の回転により副走査方向への走査が行われて静電潜像を形成する。この静電潜像が形成された感光体の表面にトナーを付着させて顕像化させトナー像を形成し、このトナー像を記録紙に転写し、記録紙に転写したトナー像を定着して画像を形成する。
【０００３】
この画像を形成するとき、感光体の表面を走査する走査ビームのビームスポット径は、書込まれる画像の画質を左右する重要な因子であり、良好な画像書込みを行うためには、走査ビームが適正に感光体の表面に結像される必要がある。この感光体の表面を走査する走査光学系は、一走査に複数点で結像されるビームであるため、その光学特性を測定するには複数の位置での測定が必要となる。例えば特開平８−262350号公報に示された走査光学系調整装置は、ポリゴンミラーにより偏向・走査される走査ビームを主走査方向に複数配置した光センサからなるビーム検出部により検出し、走査光学系に使用されている光学部品の調整を行っている。例えば走査タイミングを検出するために、３個の光電センサ等をそれぞれスリット状の窓の光軸方向の後ろに配置している。また、ビーム径を検出するためにビーム発光タイミング検出部と２次元センサを走査ビームを走査する主走査方向にそれぞれ複数、例えば３個ずつ設けている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平８−262350号公報に示された走査光学系調整装置のように多数の光センサを用いた場合、それぞれの感度を合せたり、測定精度を確保することが難しくなるという不具合がある。また、複数の光センサを必要とするため、装置がおおがかりになりコストが増大するばかりでなく、各光センサの出力信号を処理するために時間がかかり、結果として調整時間が長くかかるためリアルタイムに調整を行えないという不具合もある。
【０００５】
さらに、このように多数の光センサを使用して走査時間を正確に測定するとき、測定する時間は１ｍｓと極めて短く、ケーブル長さに起因する電気抵抗の違いによっても測定精度が影響されてしまうとういう不具合が生じる。
【０００６】
また、検出タイミングとして、ビーム発光タイミング検出部で書込み開始位置で走査ビームを受光し、検出した信号をもとに検出トリガとしているが、この方法では、検出手段に一般的なＣＣＤカメラを用いた場合、検出トリガを受けたあと直ちに露光可能な状態にならないため、書込み初めの領域で検出できない場所が生じてまうという不具合が生じる。
【０００７】
この発明は係る不具合を解消し、少ない光センサを使用し、走査光学系を有する画像形成装置の走査ビームの光学特性を極めて短時間で高精度に測定することができる走査光学系測定装置と測定方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
また、測定した結果をもとにリアルタイムに走査光学系に使用されている光学部品の取付位置の調整を行ない、所望の光学特性に調整することのできる走査光学系調整装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る走査光学系測定装置は、ＬＤ発光パターン制御手段で測定対象である走査光学系のレーザ光源の出力を画素単位で変調させて走査ビームの点灯・点滅を制御した走査ビームの光路上に設けられた複数の光偏向手段で一走査の複数点で結像される走査ビームを偏向して所定の結像範囲内に複数点で結像させ、複数点で結像される走査ビームの光強度分布を１つの２次元エリア型の検出手段で２次元画像データとして取得し、取得した２次元画像データを画像処理手段で画像処理して走査光学系で出射する走査ビームの光学特性を検出する走査光学系測定装置であって、前記検出手段の前段に、倍率の異なる複数の対物レンズを設け、複数の対物レンズを低倍率から順次高倍率側に切り替えながら２次元画像データを取得することを特徴とする。
【００１０】
また、前記ＬＤ発光パターン制御手段は、一走査分の発光パターンを画素単位に変調データとして記憶する発光パターン記憶手段を有し、前記走査光学系の走査タイミングを検知する同期検知手段から出力する同期信号により位相同期させ、同期信号の立下りタイミングで画素クロック信号を生成し、生成した画素クロック信号により発光パターン記憶手段に記憶した発光パターンの発光タイミングを生成する発光タイミング同期手段を有する。
【００１１】
さらに、前記検出手段の検出タイミング用の信号として、前記走査光学系の走査タイミングを検知する同期検知手段からの出力信号をもとに所定時間だけ遅延させた信号を発生させる検出トリガ発生手段と、該検出手段に入射する露光時間を可変に設定することができる遮へい手段とを有する。
【００１３】
また、前記光偏向手段を、走査平面内で任意の角度に回動自在な回動機構と走査平面内を移動自在な移動機構を有する位置可変装置に装着すると良い。
【００１４】
また、前記画像処理手段は、検出手段で検出した２次元画像データを画像処理して、主走査方向に離間した複数点に結像される走査ビームの主走査方向と副走査方向のビーム径を算出したり、検出手段で検出した２次元画像データを画像処理して、前記主走査方向に離間した複数点に結像される走査ビームの副走査方向の座標から測定対象である走査光学系の走査線曲りと走査線傾きを測定したり、検出手段で検出した２次元画像データを画像処理して、前記主走査方向に離間した複数点に結像される走査ビームの間隔とあらかじめ設定された走査ビームの間隔の規定値から測定対象である走査光学系の倍率誤差を算出する。
【００１５】
この発明に係る走査光学系測定方法は、測定対象である走査光学系のレーザ光源の出力を画素単位で変調させて点灯・点滅制御して一走査の複数点で結像される走査ビームを偏向して所定の結像範囲内に複数点で結像させ、複数点で結像される走査ビームの光強度分布を１つの２次元エリア型の検出手段で２次元画像データとして検出し、検出した２次元画像データを画像処理して、主走査方向に離間した複数点に結像される走査ビームの主走査方向と副走査方向のビーム径を測定する走査光学系測定方法であって、前記検出手段の前段に、倍率の異なる複数の対物レンズを設け、複数の対物レンズを低倍率から順次高倍率側に切り替えながら２次元画像データを取得することを特徴とする。また、主走査方向に離間した複数点に結像される走査ビームの副走査方向の座標から測定対象である走査光学系の走査線曲りと走査線傾きを測定したり、主走査方向に離間した複数点に結像される走査ビームの間隔とあらかじめ設定された走査ビームの間隔の規定値から測定対象である走査光学系の倍率誤差を算出する。
【００１６】
この発明に係る走査光学系調整装置は、前記走査光学系測定装置の画像処理手段から出力する測定対象である走査光学系で出射する走査ビームの光学特性に基づき、前記走査光学系の複数の光学部品の組付位置を調整する調整機構部を有することを特徴とする。
【００１７】
前記調整機構部は、画像処理手段から出力する主走査方向に離間した複数点に結像される走査ビームの主走査方向と副走査方向のビーム径から、測定対象である走査光学系の走査ビームの主走査方向と副走査方向の焦点位置を調整する光学部品の位置を調整したり、画像処理手段から出力する測定対象である走査光学系の走査線曲りと走査線傾きから、前記走査光学系の走査結像光学系の光学部品に位置を調整する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の走査光学系測定・調整装置１の光学系１０と光学特性を測定する走査光学系５０の配置図である。走査光学系５０は半導体レーザ素子からなるレーザ光源５１と、カップリングレンズ５２と、補正光学系を構成するレンズ５３，５４と、ポリゴンミラー５５と、走査結像光学系を構成するレンズ５６，５７と、走査ビームの走査開始位置を検出する例えばフォトダイオードからなる同期検知用受光センサ５８及び同期検知用折返しミラー５９を有する。
【００１９】
走査光学系測定・調整装置１の光学系１０は、走査光学系５０が本来結像する感光体の表面位置Ｒの主走査方向の両端位置に結像される走査ビームを、走査光学系測定・調整装置１の結像位置Ｐに入射させる走査ビーム偏向手段１１ａ，１１ｄと、主走査方向の中央の走査ビームを結像位置Ｐに入射する走査ビーム偏向手段１１ｂ，１１ｃと、異なる倍率を有し、走査ビームのスポット像を拡大する複数組例えば３組の対物レンズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、走査ビームを検出する検出手段として２次元ＣＣＤカメラ１３と、各対物レンズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを２次元ＣＣＤカメラ１３の光軸と直交する方向に移動して倍率を切り替える倍率変更手段１４と、２次元ＣＣＤカメラ１３と各対物レンズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを光軸方向で移動する光軸方向移動手段１５と、２次元ＣＣＤカメラ１３と各対物レンズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを走査ビームの副走査方向に移動する副走査方向移動手段１６を有する。主走査方向の両端位置に結像される走査ビームと主走査方向の中央の走査ビームは光路長が変わらないように走査ビーム偏向手段１１ａ，１１ｄ及び走査ビーム偏向手段１１ｂ，１１ｃで偏向させている。この走査ビーム偏向手段１１ａ〜１１ｄとしては、反射ミラーやプリズムを使用することにより、簡単な構成で走査ビームを偏向させることができる。また、走査ビーム偏向手段１１ａ〜１１ｄとしてプリズムを使用することにより、走査ビーム偏向手段１１ａ〜１１ｄを配置する際に取付面を大きく取れるので、偏向面の面倒れを小さくすることができる。
【００２０】
この走査光学系測定・調整装置１の駆動制御部は図２のブロック図に示すように、計測部２０と調整部３０を有する。計測部２０は、ＣＰＵ２１と、ＬＤ発光パターン制御部２２と同期信号検出部２３と検出トリガ発生手段２４とシャッター２５と画像処理部２６及び表示部２７を有する。ＬＤ発光パターン制御部２２には発光パターン記憶部２８と発光タイミング同期部２９を有する。調整部３０には制御手段３１と調整機構部３２及び固定手段３３を有する。調整機構部３２には、図３のブロック図に示すように、走査光学系５０の補正光学系のレンズ５３，５４の位置を調整する補正レンズ調整機構３４，３５と、走査結像光学系５６，５７の位置を調整する走査線曲り修正機構３６と走査線傾き修正機構３７を有する。
【００２１】
計測部２０のＬＤ発光パターン制御部２２は、ＣＰＵ２１からの指令により変調信号を出力して走査光学系５０のレーザ光源５１を駆動し、走査ビームを実使用時と略等しい周波数で走査する。このＬＤ発光パターン制御部２２で走査ビームをパルス変調させるため出力をオン／オフ制御する発光パターンの一走査分以上のデータを、ＣＰＵ２１はあらかじめ発光パターン記憶手段２８に任意に設定して記憶させておく。このＬＤ発光パターン制御部２２から生成する走査ビームの発光タイミングは、走査光学系５０の同期検知用受光センサ５８により同期信号検出部２３で得られた同期信号を使いＬＤ発光パターン制御部２２の発光タイミング同期手段２９により位相同期される。ここで同期信号検出部２３はポリゴンミラー５５の面数に応じてカウントすることにより面選択を可能とし、特定の面でのみＬＤ発光パターン制御部２２からの走査ビームの発光タイミングとして利用することもできる。また、検出トリガ発生手段２４は、同期信号検出部２３で検出した同期信号をもとに位相調整した信号を発生させて、２次元ＣＣＤカメラ１３の検出トリガとする。シャッター２５は電子シャッターを用いて２次元ＣＣＤカメラ１３の露光時間を可変するものであり、走査ビームを一走査分だけ取得したい場合は、露光時間を一走査時間に設定する。
【００２２】
この走査光学系測定・調整装置１の光学系１０を使用して走査光学系５０の走査ビームの光学特性を測定するときは、走査光学系測定・調整装置１の光学系１０に走査光学系５０をセットする。この走査光学系５０をセットするとき、光学系１０と干渉しないように走査光学系５０をスライドさせてセットできるようにすると良い。走査光学系５０をセットした後、走査光学系５０と計測部２０との間で入出力信号が授受できるように接続する。そしてＬＤ発光パターン制御部２２で走査光学系５０でレーザ光源５１を駆動し、ポリゴンミラー５５を回転すると、レーザ光源５１から出射された走査ビームはポリゴンミラー５５により等角速度的に偏向された走査結像光学系のレンズ５６，５７の作用により、本来ならば、感光面上Ｒにビームスポットを形成する。光学系１０は、この感光体面上Ｒを走査する走査ビームを、主走査方向の両端部に設けた走査ビーム偏向手段１１ａ，１１ｄと、主走査方向の中央部に設けた走査ビーム偏向手段１１ｂ，１１ｃを用いて中央に設けた２次元ＣＣＤカメラ１３に入射させる。この２次元ＣＣＤカメラ１３で走査ビームを入射するとき、計測部２０のＬＤ発光パターン制御部２２は、主走査方向の中央と両端位置に結像される発光パターンでレーザ光源５１を極めて微小な時間だけ点灯させて２次元ＣＣＤカメラ１３の受光面に露光させる。この２次元ＣＣＤカメラ１３で走査ビームを検出するとき、光軸方向移動手段１５で２次元ＣＣＤカメラ１３と対物レンズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを一緒に光軸方向へ移動させ、副走査方向移動手段１６で２次元ＣＣＤカメラ１３と対物レンズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを副走査方向に移動することにより、走査ビームを２次元ＣＣＤカメラ１３の撮像範囲内に合焦位置で捉えることができる。
【００２３】
また、このようにして光学系１０で走査光学系５０の走査ビームを検出するとき、図１に示すように、まず、倍率変更手段１４で対物レンズ１２のなかで最も低倍率の対物レンズ１２ａを２次元ＣＣＤカメラ１３の光軸と一致させ、２次元ＣＣＤカメラ１３で走査ビームを検出し、２次元ＣＣＤカメラ１３で検出した走査ビームの照射位置に応じて２次元ＣＣＤカメラ１３と対物レンズ１２を副走査方向移動手段１６で副走査方向に移動させ、走査ビームの照射位置が２元ＣＣＤカメラ１３の撮像範囲の略中央位置になるようにしてから、次の倍率の対物レンズ１２ｂに変更し、さらに同様な処理をして最も高倍率の対物レンズ１２ｃに変更する。このように倍率変更手段１４と副走査方向移動手段１６を走査ビームの照射位置を基に連動させて制御することにより、２次元ＣＣＤカメラ１３の副走査方向の位置を収束させ、走査ビームを高倍率で検出することができる。
【００２４】
この２次元ＣＣＤカメラ１３に取込まれた走査ビームの光強度分布を２次元画像データとして画像処理部２６に転送処理し、主走査方向と副走査方向のビームスポット径を検出する。そしてＣＰＵ２１は２次元ＣＣＤカメラ１３に取込まれた走査ビームの光強度分布と、主走査方向と副走査方向の断面プロファイルと、主走査方向と副走査方向のビームスポット径及び走査線曲り量や傾き量の測定結果などを表示部２７に表示する。また、ＣＰＵ２１は２次元ＣＣＤカメラ１３で画像転送後、２次元ＣＣＤカメラ１３に対しクリア信号を送り、蓄積した電荷をクリアさせて検出可能状態に戻しておく。
【００２５】
この走査光学系５０のレーザ光源５１をＬＤ発光パターン制御部２２で駆動するときの発光タイミングを図４のタイミングチャートを参照して説明する。ＬＤ基本信号（ａ）は、走査ビームの走査開始位置となる同期信号を得るために、同期検知用受光センサ５８に確実に受光させるため、ある程度時間幅をもたせてレーザ光源５１を発光させている。この同期検知用受光センサ５８の出力により同期信号検出部２３で同期信号（ｂ）を検出する。ＬＤ発光パターン制御部２２の発光タイミング同期部２９はＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路を有し、同期信号検出部２３から出力される同期信号（ｂ）により位相同期させ、同期信号（ｂ）の立下がりタイミングで、走査光学系５０のクロック位相のずれを調整された画素クロック信号（ｃ）を生成する。画素カウンタ値（ｄ）は画素クロック信号（ｃ）で駆動されるカウンタ値であり、この画素カウンタ値（ｄ）は同期信号で０にリセットされ、この画素カウンタ値（ｄ）を用いて、実際のレーザ光源５１の書込みタイミングを制御する。すなわち、主走査方向の狙いの書込み位置に正確にビームを射出する。ＬＤ駆動信号（ｅ）はＣＰＵ２１でのプログラムに基づき実際にレーザ光源５１を駆動させる信号であり、画素カウンタ値（ｄ）と比較してパターンを出力させることができ、例えば図４に示すように、４進の画素カウンタ値でＬＤ駆動信号（ｅ）の時間間隔Ｔｂを設定している。この時間間隔Ｔｂは任意に設定可能であり、ドットの発光させる時間間隔として設定することができる。ここで画素クロック信号（ｃ）は同期信号（ｂ）とタイミングを正確に合せているため、ＬＤ駆動信号（ｅ）により発光するドットの打たれる位置の再現性は格段に向上させることができる。また、画素クロック信号（ｃ）のＴａは１画素の周期である。例えば、感光体面位置Ｒにて、有効走査幅が330ｍｍを600ｄｐｉ相当の書込み密度で、１走査の周期が400μｓｅｃ、有効走査期間率が70％の場合、
0004169528.tif 000002
であり、画素クロック信号（ｃ）は1／36（ｎｓｅｃ）＝27.8ＭＨｚの周期である。
【００２６】
次に走査光学系５０で走査中のビーム像を２次元ＣＣＤカメラ１３で取得するタイミングを図５のタイミングチャートを参照して説明する。図５において、面選択後の同期信号（ｆ）は同期信号（ｂ）をポリゴンミラー５５の面数に応じてカウントすることにより生成する。ＬＤ駆動信号（ｆ）は感光体面上Ｒの両端と中央にドットが打たれるように一走査期間に３回の短い点灯を行っている。外部トリガ信号（ｇ）は、２次元ＣＣＤカメラ１３のトリガ信号であり、検出トリガ発生手段２４で同期信号（ｂ）をもとに位相調整した信号として生成される。例えば１つ前の同期信号（ｂ）に対して時間Ｔｄ例えば約310μｓｅｃだけ位相を遅らして外部トリガ信号（ｇ）を生成している。一般的にＣＣＤカメラは、外部トリガ信号（ｇ）を受けると、水平同期信号（ｈ）の立下りのタイミングでリセット信号（ｉ）を発生し、リセット信号の立下りのタイミングでＣＣＤカメラのフォトダイオード部をディスチャージ（ｊ）を行い、そのあとシャッター２５を開放し、撮像可能な状態とする。シャッター２５はシャッタ開放時間（ｋ）の設定時間経過後に閉じる。例えばシャッター２５の開いている時間を１走査周期Ｔｃ例えば400μｓｅｃと同じに設定している。この２次元ＣＣＤカメラ１３で撮像可能にしたい時間は、有効走査幅330ｍｍを走査する期間であり、図のＴｅ例えば280μｓｅｃの期間である。２次元ＣＣＤカメラ１３への外部トリガ信号（ｇ）と水平同期信号（ｈ）のタイミングは一定ではないので、外部トリガ信号（ｇ）とディスチャージ（ｉ）の時間差Ｔｆ例えば０〜80μｓｅｃとフォトダイオード部をディスチャージ期間Ｔｇ例えば30μｓｅｃの和は、最大110μｓｅｃ生じる。測定時は走査光学系５０の同期信号検知後、約10μｓｅｃで２次元ＣＣＤカメラ１３を撮像可能な状態にする必要があるため、最大110μｓｅｃのタイムラグは許容できない。そこで、検出トリガ発生手段２４で外部トリガ信号（ｇ）を同期信号（ｂ）から位相をＴｄだけ遅らせて発生させている。このようにして２次元ＣＣＤカメラ１３の外部トリガ信号（ｇ）と水平同期信号（ｈ）のタイミングによらず、シャッター２５の開いている期間に走査ビームの照射される期間Ｔｅを確実に含めることができる。
【００２７】
このように主走査方向の中央と両端位置に結像される発光パターンで極めて微小な時間だけレーザ光源５１を点灯させ、２次元ＣＣＤカメラ１３の受光面に露光させたとき、２次元ＣＣＤカメラ１３で２次元画像データとして取得した複数の走査ビームの光強度分布を図６に示す。図６において、ＨＡ，ＨＢは主走査方向の両端位置に結像される発光パターンの光強度分布を示し、ＨＯは主走査方向の中央に結像される発光パターンの光強度分布を示す。また、（ａ）,（ｃ）は走査光学系５０を調整しない場合、（ｂ）は走査光学系５０を調整した場合の光強度分布を示す。このようにいずれの場合も主走査方向に複数の位置で結像されるビームの1ドット分に相当する光強度分布を複数個同時に測定することができる。そして（ａ）のＨＡにおける光強度分布と（ｃ）のＨＢにおける光強度分布は像高から副走査方向にビームが絞られていないことがわかる。また（ｂ）では全ての像高でビームが均一に絞られていることがわかる。この２次元ＣＣＤカメラ１３に取込まれた走査ビームの光強度分布を２次元画像データとして画像処理部２６に転送処理することにより、主走査方向と副走査方向のビームスポット径を検出することができる。
【００２８】
次に、この発光パターンの光強度分布を結像する２次元ＣＣＤカメラ１３を光軸方向移動手段１５を使って走査光学系５０の結像位置に移動させて倍率誤差を測定するときの動作を説明する。ＬＤ発光パターン制御部２２によりレーザ光源５１を正確な時間間隔で点滅制御して、あらかじめ定めた基準間隔でドットを打たせ、２次元ＣＣＤカメラ１３で取得した主走査方向の中央と両端位置に結像される発光パターンの光強度分布を図７に示す。例えば、感光対面Ｒ上の主走査方向に３つの位置ＨＡ，ＨＯ，ＨＢに印字されるドットの２点間距離の設計値が150ｍｍであった場合、光学系１０の倍率を５倍にしたとき、２次元ＣＣＤカメラ１３で撮像したドット２点間の倍率換算後のビーム間距離が200μｍだけ離れて入射されるようにセッティングを行っておく。この状態で走査光学系５０から走査ビームを照射して２次元ＣＣＤカメラ１３で撮像したドット２点間の距離が、（ａ）に示すように、150μｍとなり、ドット２点間の距離が規定値200μｍより50μｍ近づいた場合、この走査光学系５０の実際のドット２点間の距離は逆に50μｍ広がっており、実際のドット２点間の距離は150.05ｍｍであったことがわかる。すなわち走査ビームの両端のビームは走査ビーム偏向手段１１ａ，１１ｄで一度折返されているため、２次元ＣＣＤカメラ１３で撮像したドット２点間の間隔が近づいた場合、実際のドット２点間の距離実際は広がることになる。このことから倍率誤差は下記計算式により＋0.033％であることが判る。
｛（150.05−150）／150｝×100＝0.033
逆に、(b)に示すように、２次元ＣＣＤカメラ１３で撮像したドット２点間の距離が250μｍに広がった場合、この走査光学系５０の実際のドット２点間の距離は149.95ｍｍであり、倍率誤差は−0.033％となる。この走査光学系５０の倍率誤差を測定し、走査光学系５０のポリゴンモータ５５の回転数の補正データ又はレーザ光源５１の発光画周波数の補正データを走査光学系５０と関連付けて算出して表示部２７に表示するとともにメモリに保存しておくと良い。
【００２９】
また、走査光学系５０の走査線曲りや走査線傾きがあると、主走査方向の中央と両端位置に結像される発光パターンの２次元ＣＣＤカメラ１３で撮像した光強度分布は、図８（ａ）に示すように、副走査方向の位置が異なる。この副走査方向の位置を測定し、主走査方向の両端位置に結像される発光パターンを、（ｂ），（ｃ）に示すように、中央に結像される発光パターンの副走査方向の位置と一致させることにより、走査光学系５０の走査線曲りや走査線傾きを修正することができる。
【００３０】
次に前記のように、走査光学系測定・調整装置１の計測部２０で計測した走査光学系５０の走査ビームの特性により調整部３０の調整機構部３２で走査光学系５０を調整して固定手段３３で固定するときの動作を説明する。ここで固定手段３３の固定方法は接着による方法や、板バネなどによる押圧式又は調整ネジなどに押しつけられて固定する方法のいずれでも良い。
【００３１】
走査光学系５０の走査結像光学系を構成するレンズ５７は、図９の断面図に示すように、レンズ部５７ａと、レンズ部５７ａの周囲を取り囲むようにして矩形枠状に形成されてレンズ部５７ａを補強するリブ５７ｂと、レンズ部５７ａとリブ５７ｂからなる部分を副走査方向に傾度調整可能に弾力的に支持する板ばね状の支持部５７ｃとをプラスチック材料により一体成形して形成しておく。このレンズ５７は保持部６０により保持される。保持部６０の支持部５７ｃを保持する底面６０ａは、支持部５７ｃの傾きを考慮して副走査方向に斜めに傾斜している。保持部６０の天井部の長手方向中央部にはレンズ角度調節ねじ６１が設けられている。このレンズ角度調節ねじ６０を調整機構部３２の走査線傾き修正機構３７で回動させて、レンズ角度調節ねじ６０を上下方向に移動させることにより、レンズ５７のレンズ部５７ａとリブ５７ｂからなる部分を副走査方向に回動させてレンズ部５７ａの副走査方向の傾きを調整する。また、調整機構部３２の走査線曲り修正機構３６でレンズ５７を光軸回り回転することにより走査線の光軸周りを調整するに調整する。すなわち、主走査方向に複数の位置で結像されるビームの1ドット分に相当する光強度分布を２次元ＣＣＤカメラ１３で複数個同時に撮像し、撮像した光強度分布の副走査方向の走査位置ずれを測定し、測定した結果に応じて走査線傾き修正機構３７でレンズ角度調節ねじ６０を回転してレンズ５７の位置を調整して走査線傾きを修正する。その後、走査線曲り修正機構３６によりレンズ５７の位置を調整して走査線曲がりを修正し、固定手段３３で固定する。
【００３２】
例えば、感光対面Ｒ上の主走査方向の中央と両端位置に結像される発光パターンのドットの２点間距離の設計値が150ｍｍで、光学系１０の倍率を５倍として２次元ＣＣＤカメラ１３で撮像した光強度分布が、図８（ａ）に示すように、副走査方向で異なる位置で測定された場合、主走査方向の両端位置ＨＡとＨＢの光強度分布と主走査方向の中央ＨＯの光強度分布の副走査方向の走査位置ずれを測定し、この測定した結果により走査線傾き修正機構３７で、図８（ｂ）に示すように、走査線傾きを修正する。この走査線傾きを修正した後、修正した主走査方向の両端位置ＨＡとＨＢの光強度分布と主走査方向の中央ＨＯの光強度分布の副走査方向の走査位置ずれを測定し、走査線曲り修正機構３６によりレンズ５７の位置を調整して走査線曲がりを修正して、（ｃ）に示すように、走査線傾きと走査線曲りを調整する。この走査線傾き修正機構３７と走査線曲り修正機構３６の修正量は、２次元ＣＣＤカメラ１３で撮像した３点の光強度分布の副走査方向の走査位置ずれ量が小さくなるように制御手段３１で調整して、副走査方向の走査位置ずれ量が最も小さくなるように収束させる。
【００３３】
また、前記のように制御手段３１で自動的に調整する代わりに、２次元ＣＣＤカメラ１３が取得した走査ビームの光強度分布の２次元画像データをもとに、複数の走査ビームの主走査方向と副走査方向の照射位置と走査線曲がり量及び走査線傾き量を表示部２７に表示し、作業者が表示部２７を確認しながら副走査方向の走査位置ずれを修正するようにしても良い。
【００３４】
次に、走査光学系５０から感光体面Ｒを走査したとき、感光体面Ｒの結像位置に収差が生じないようにするため、補正光学系のレンズ５３，５４の位置を調整する場合について説明する。
【００３５】
図１０は走査光学系５０のカップリングレンズ５２と補正光学系のレンズ５３，５４の配置を示し、（ａ）に示す主断面は、カップリングレンズ５２の光軸を含み、主走査方向に平行な平面による断面を示し、（ｂ）の副断面はカップリングレンズ２の光軸を含み、副走査方向に平行な平面による断面を示す。レーザ光源５１からの発散性の光束はカップリングレンズ５２により集束されてレンズ５３，５４を有する補正光学系に入射する。補正光学系のレンズ５３は主走査方向にのみ負のパワーを持つ凹シリンドリカルレンズであり、カップリングレンズ５２からの光束を主断面において略平行光束にする。また、レンズ５４は副走査方向にのみ正のパワーを持つ凸シリンドリカルレンズであり、カップリングレンズ５２側からの光束をポリゴンミラー５５の偏向面近傍に主走査方向に長い略線状に結像させることができる。これにより面倒れ補正用光学系を構成できる。例えば、走査ビームの主走査方向の焦点位置が、被走査面よりもレーザ光源５１側に焦点位置ずれを生じた場合には、レンズ５３を光軸方向に沿ってレーザ光源５１とは反対側へ変位させることにより、主走査方向の焦点位置を被走査面側へ移動することができる。また、走査ビームの副走査方向の焦点位置が、焦点位置ずれを生じた場合には、レンズ５４を光軸方向に沿ってレーザ光源５１と反対側又はレーザ光源５１側へ変位させることにより、副走査方向の焦点位置を被走査面側又はレーザ光源５１側へ移動することができる。
【００３６】
そこで走査光学系５０の主走査方向の中央と両端位置に結像される発光パターンで極めて微小な時間だけレーザ光源５１を点灯させ、２次元ＣＣＤカメラ１３の受光面に露光させたとき、２次元ＣＣＤカメラ１３で２次元画像データとして取得した複数の走査ビームの光強度分布の主走査方向のビーム径と副走査方向のビーム径から焦点位置ずれ量を検出し、図１１に示すように、検出した主走査方向の焦点位置ずれ量に応じて補正レンズ調整機構３４でレンズ５３の位置を調整し、検出した副走査方向の焦点位置ずれ量に応じて補正レンズ調整機構３５でレンズ５４の位置を調整することにより、主走査方向の焦点位置ずれと副走査方向の焦点位置ずれを補正することができ、走査光学系５０から感光体面Ｒを走査したとき、感光体面Ｒの結像位置に収差が生じることを防ぐことができる。このレンズ５３，５４の位置調整は、２次元ＣＣＤカメラ１３で撮像した３点の光強度分布の焦点位置ずれ量が小さくなるように制御手段３１で調整して、焦点位置ずれ量が最も小さくなるように収束させて自動的に行うことができる。また、２次元ＣＣＤカメラ１３が取得した走査ビームの光強度分布の２次元画像データの主走査方向と副走査方向のビーム径を表示部２７に表示し、作業者が表示部２７を確認しながら焦点位置ずれを修正するようにしても良い。
【００３７】
前記図１に示した走査光学系測定・調整装置１の光学系１０は、走査光学系５０の主走査方向の中央位置に結像される走査ビームを偏向する走査ビーム偏向手段１１ａ〜１１ｄを走査平面内に配置した場合について説明したが、図１２の配置図に示すように、走査ビーム偏向手段１１ａ，１１ｃ，１１ｄを走査平面内に配置し、走査ビーム偏向手段１１ｂを走査平面に対して鉛直な平面に配置しても良い。このように走査ビーム偏向手段１１ｂを走査平面に対して鉛直な平面に配置することにより、走査ビーム偏向手段１１ｂにより光路が遮られることなく、一走査における複数点のビームを容易に偏向させることができる。
【００３８】
また、前記光学系１０では走査光学系５０の主走査方向の両端位置に結像される走査ビームを偏向する走査ビーム偏向手段１１ａ，１１ｄを固定した場合について説明したが、図１３に示すように、走査ビーム偏向手段１１ａ，１１ｄを移動機構６２と回動機構６３を有する位置可変装置に装着し、図１３に示すように、走査ビーム偏向手段１１ａ，１１ｄを走査平面で任意に移動しながら回動することにより、感光体面Ｒ上に結像する走査ビームの任意の位置における結像状態を測定することができる。
【００３９】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、測定対象である走査光学系のレーザ光源の出力を画素単位で変調させ、走査ビームの点灯・点滅を制御し、この走査ビームを測定対象である走査光学系の走査ビームの光路上に設けられた複数の光偏向手段により偏向して、一走査の複数点で結像される走査ビームを検出手段に入射して２次元画像データを取得し、取得した２次元画像データを画像処理手段で画像処理して走査光学系で出射する走査ビームの光学特性を検出するとき、検出手段の前段に倍率の異なる複数の対物レンズを設け、複数の対物レンズを低倍率から順次高倍率側に切り替えながら２次元画像データを取得することにより、検出手段で走査ビームを高倍率で測定することができるとともに検出手段の撮像範囲内の略中央位置で走査ビームを捉えることができ、走査ビームを精度良く測定することができる。
【００４０】
また、１つの検出手段で一走査の複数点で結像される走査ビームを検出することにより、検出手段の出力信号も少ないため処理時間を早くすることができ、測定時間を短縮することができる。
【００４１】
さらに、１つの検出手段で一走査の複数点で結像される走査ビームを検出することにより、光学系の構造を簡略化することができ、装置全体のコストを削減することができる。
【００４２】
また、１つの検出手段で複数点で結像される走査ビームの光強度分布を２次元画像データとして検出し、検出した２次元画像データを画像処理して走査光学系で出射する走査ビームの光学特性を検出することにより、複数点に結像された光強度分布の相関を正確に得ることができ、走査ビームの光学特性を精度良く測定することができる。
【００４３】
また、レーザ光源の点灯を制御するＬＤ発光パターン制御手段に、一走査分の発光パターンを画素単位に変調データとして記憶する発光パターン記憶手段と、前記走査光学系の走査タイミングを検知する同期検知手段からの出力信号と位相同期させて発光パターンの発光タイミングを生成する発光タイミング同期手段を設けることにより、走査ビームの結像位置の再現性を格段に向上させることができ、走査ビームの光学特性の測定を精度良く行うことができる。
【００４４】
さらに、検出手段の検出タイミング用の信号として、走査光学系の走査タイミングを検知する同期検知手段からの出力信号をもとに所定時間だけ遅延させた信号を発生させる検出トリガ発生手段と、検出手段に入射する露光時間を可変に設定することができる遮へい手段とを有することにより、走査ビームが一走査する期間を確実に露光状態にすることができ、一走査の複数点で結像される走査ビームを一度に安定して検出することができる。
【００４６】
さらに、走査光学系の走査ビームの光路上に設けられた複数の光偏向手段を、走査平面内で任意の角度に回動自在な回動機構と走査平面内を移動自在な移動機構を有する位置可変装置に装着することにより、光偏向手段の数を増やすことなく、一走査の中で主走査方向の任意の位置で結像される走査ビームの光学特性を測定することができる。
【００４７】
また、画像処理手段は、検出手段で検出した２次元画像データを画像処理して主走査方向に離間した複数点に結像される走査ビームの主走査方向と副走査方向のビーム径を算出することにより、複数点に結像される走査ビームのビーム径を一走査で精度良く測定することができる。
【００４８】
また、画像処理手段は、検出手段で検出した２次元画像データを画像処理して主走査方向に離間した複数点に結像される走査ビームの副走査方向の座標から測定対象である走査光学系の走査線曲りと走査線傾きを測定することにより、走査光学系の光学部品の取付状態を精度良く検出することができる。
【００４９】
さらに、画像処理手段は、検出手段で検出した２次元画像データを画像処理して、前記主走査方向に離間した複数点に結像される走査ビームの間隔とあらかじめ設定された走査ビームの間隔の規定値から測定対象である走査光学系の倍率誤差を算出することにより、倍率測定用のセンサを必要とせずに、装置のコストを低減することができるとともに、算出した倍率誤差により走査光学系の多面鏡の駆動モータの回転数やレーザ光源の発光周波数を調整して、所定の倍率の走査光学系を得ることができる。
【００５０】
また、画像処理手段から出力する測定対象である走査光学系で出射する走査ビームの光学特性に基づき、前記走査光学系の複数の光学部品の組付位置を調整することにより、走査光学系を精度良く調整でき、安定した走査ビームを出射させることができる。
【００５１】
この走査光学系を調整するとき、画像処理手段から出力する主走査方向に離間した複数点に結像される走査ビームの主走査方向と副走査方向のビーム径から、測定対象である走査光学系の走査ビームの主走査方向と副走査方向の焦点位置を調整する光学部品の位置を調整したり、画像処理手段から出力する測定対象である走査光学系の走査線曲りと走査線傾きから、走査光学系の走査結像光学系の光学部品に位置を調整することにより、走査ビームを所定の結像位置に精度良く結像させることができ、良質な画像を安定して形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の走査光学系測定・調整装置の光学系と光学特性を測定する走査光学系の配置図である。
【図２】走査光学系測定・調整装置の駆動制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】調整機構部の構成を示すブロック図である。
【図４】レーザ光源の発光タイミングを示すタイムチャートである。
【図５】２次元ＣＣＤカメラでビーム像を取得するタイミングを示すタイムチャートである。
【図６】２次元ＣＣＤカメラで取得した２次元画像データの光強度分布図である。
【図７】２次元ＣＣＤカメラで取得した２次元画像データの第２の光強度分布図である。
【図８】２次元ＣＣＤカメラで取得した２次元画像データの第３の光強度分布図である。
【図９】走査光学系の走査結像光学系を構成するレンズの構成を示す断面図である。
【図１０】走査光学系のカップリングレンズと補正光学系のレンズ群の配置図である。
【図１１】補正光学系のレンズ群の焦点位置ずれの調整を示す模式図である。
【図１２】走査ビーム偏向手段の配置図である。
【図１３】位置可変装置に装着した走査ビーム偏向手段の配置図である。
【符号の説明】
１；走査光学系測定・調整装置、１０；光学系、１１；走査ビーム偏向手段、
１２；対物レンズ、１３；２次元ＣＣＤカメラ、１４；倍率変更手段、
１５；光軸方向移動手段、１６；副走査方向移動手段、２０；計測部、
２１；ＣＰＵ、２２；ＬＤ発光パターン制御部、２３；同期信号検出部、
２４；検出トリガ発生手段、２５；シャッター、２６；画像処理部、
２７；表示部、２８；発光パターン記憶部、２９；発光タイミング同期部、
３０；調整部、３１；制御手段３２；調整機構部、３３；固定手段、
５０；走査光学系、５１；レーザ光源、５２；カップリングレンズ、
５３，５４；レンズ、５５；ポリゴンミラー、５６，５７；レンズ、
５８；同期検知用受光センサ、５９；同期検知用折返しミラー。
【図１】
0004169528.tif 000003
【図２】
0004169528.tif 000004
【図３】
0004169528.tif 000005
【図４】
0004169528.tif 000006
【図５】
0004169528.tif 000007
【図６】
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【図７】
0004169528.tif 000009
【図８】
0004169528.tif 000010
【図９】
0004169528.tif 000011
【図１０】
0004169528.tif 000012
【図１１】
0004169528.tif 000013
【図１２】
0004169528.tif 000014
【図１３】
0004169528.tif 000015