(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光ビームを出射する光源ユニットと、該光源ユニットから出射した複数の光ビームを偏向して被走査面上に集光し主走査方向に走査する走査光学系と、該走査光学系により走査される複数の光ビームを検出する光ビーム検出手段と、該光ビーム検出手段からのビーム検出信号に基づいて主走査方向および副走査方向のビーム径を計測するビーム径計測手段と、前記光ビーム検出手段からのビーム検出信号に基づいて複数の光ビームの副走査方向のピッチを計測する副走査ピッチ計測手段と、前記被走査面上の主走査方向および副走査方向のビーム径を制御するビーム径制御手段と、副走査方向のピッチを制御するピッチ制御手段を具備した構成の光走査装置において、
前記主走査方向および副走査方向のビーム径制御手段は、主走査方向、副走査方向のビーム径をそれぞれ調整する主シリンドリカルレンズと副シリンドリカルレンズを配し、それぞれのシリンドリカルレンズを光軸方向に移動させてビーム径を制御するものであり、前記主シリンドリカルレンズと副シリンドリカルレンズを所定の位置から順次移動させて前記ビーム径計測手段にてビーム径計測を行い、得られた一連の計測値からビームが最大に絞り込まれている位置であるビームウエスト位置を検出するようになっており、
前記ビーム径および前記ビームピッチの制御時には、前記主シリンドリカルレンズを所定の位置から順次移動させて前記ビーム径計測手段にてビーム径計測を行い、得られた一連の計測値から主走査方向のビームが最大に絞り込まれている位置である主走査方向のビームウエスト位置を検出した後、その主走査方向のビームウエスト位置が検出された位置へ前記主シリンドリカルレンズを移動させ、次に前記副シリンドリカルレンズを所定の位置から順次移動させて前記ビーム径計測手段にてビーム径計測を行い、得られた一連の計測値から副走査方向のビームが最大に絞り込まれている位置である副走査方向のビームウエスト位置を検出した後、その副走査方向のビームウエスト位置が検出された位置へ前記副シリンドリカルレンズを移動させ、次にビームピッチを検出して適正なビームピッチとなるように前記光源ユニットと前記副シリンドリカルレンズを同じ距離だけ移動させることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
請求項１記載の光走査装置において、
前記光ビーム検出手段は、検出部の辺縁が副走査方向と平行な辺と、副走査方向に非平行で直角を含まない所定の傾斜角に設定されている辺とを具備することを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の光走査装置において、
前記光ビーム検出手段の検出部を一つのセンサーで構成したことを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２記載の光走査装置において、
前記光ビーム検出手段の検出部を二つ以上のセンサーで構成したことを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一つに記載の光走査装置において、
前記ビーム径計測手段におけるビーム径計測は、前記光ビーム検出手段からのビーム検出信号を時間微分し、微分した信号のピーク値を計測してビーム径と対応させることを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項４の何れか一つに記載の光走査装置において、
前記ビーム径計測手段におけるビーム径計測は、前記光ビーム検出手段からのビーム検出信号を時間微分し、微分した信号の或る閾値以上の時間を計測してビーム径と対応させることを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れか一つに記載の光走査装置において、
前記ビームウエスト位置を検出できない場合は、前記シリンドリカルレンズを元の位置まで移動させ、異常であることを通報するか、もしくは、ピッチ調整後のピッチが所定のピッチでないとき異常であることを通報することの少なくとも１つを行うことを特徴とする光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル複写機、レーザープリンタ、レーザーファクシミリ、レーザープロッタ等の画像形成装置の書き込み光学系や、計測器、検査装置等に応用される光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザー等の光源からの光ビームを走査光学系で偏向して被走査面上に集光し主走査方向に走査する光走査装置が知られており、デジタル複写機、レーザープリンタ、レーザーファクシミリ、レーザープロッタ等の画像形成装置の書き込み光学系や、計測器、検査装置等に応用されている。
近年、画像記録が高精細化、高密度化する中で、光走査装置にも光ビームの径やビームピッチの高精度化が求められている。
しかし、光ビームを高精度に調整したとしても温度等の外乱によりビーム径やピッチは変動するから、光ビームの結像状態を検知して、もし設定値よりずれていたら補正することが必要である。
【０００３】
そこで特許第２７６１７２３号公報には、環境温度の変動に起因する結像位置のずれを防止して正確にレーザー光を走査可能な走査光学装置を提供することを目的として、「レーザー光を発光する光源と、光源から出射されたレーザー光をコリメートするコリメータレンズと、コリメータレンズを通過した後のレーザー光を受光する光電変換素子と、光電変換素子の出力に応じてコリメータレンズの位置を光軸方向に調整する調整手段とを有する走査光学装置において、上記調整手段は、画像信号に応じて明滅するレーザー光を受光した際の光電変換素子の最大出力値と最小出力値の差に応じて上記コリメータレンズの位置を調整することを特徴とする走査光学装置」が提案されている。また、上記公報には、画像信号に応じて明滅するレーザー光を受光した際に、光電変換素子がレーザー光を受光することにより出力する出力値の最大出力値と最小出力値の差に応じて適正なスポット径となるようにコリメータレンズの位置を調整することにより、被走査面におけるスポットの大きさが環境変動により変化した場合でも、所望の大きさに調整し得ることが記載されている。
【０００４】
特開平１０−２０２２５号公報には、簡単な構成のビーム集光状態検出手段を使用するにも拘わらず高速走査に対応でき、ビーム集光位置を精度よく調整でき、高品質の画像を得ることのできるレーザビーム走査光学装置を提供することを目的として、「レーザ光源から放射されたレーザビームの集光位置を調整するための光学素子と、走査されたレーザビームが通過したことを検出して検出信号を発生する検出手段と、該検出信号の発生から所定時間後に前記レーザ光源をパルス発光させるパルス発光手段と、被走査面と光学的に略等価位置に配置され、パルス発光されたレーザビームを受光するビーム集光状態検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて前記光学素子を駆動し、レーザビームの集光位置を調整する制御手段とを備えたことを特徴とするレーザビーム走査光学装置」が提案されている。また、上記公報には、レーザ光源を定点でパルス発光させ、このパルスビームの集光状態を検出するようにしたため、高速走査であっても簡単な構成の検出手段でレーザビームの集光状態を検出でき、かつ、集光状態検出結果に基づいて光学素子を駆動してレーザビームの集光位置を調整することにより、常時高品質の画像を得ることができることが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の特開平１０−２０２２５号公報記載の光走査装置（走査光学装置）においては、光ビームの結像状態の検知においてパルス発光を前提にしているが、実際には、パルス発光のタイミングがずれるので検知精度が下がる。また、この従来例ではナイフエッジ法を用いているが、この方法では、主走査方向の光ビームの結像状態は検知できるが、副走査方向の光ビームの結像状態は検知できない（従来技術において、主・副独立に検知する例はない）。
また、特開平１０−２０２２５号公報や、特許第２７６１７２３号公報において、焦点位置を調整する調整機構はコリメートレンズを光軸方向に調整しているが、光源とコリメートレンズの位置関係は精度が要求され光軸ずれなども起こるため、実際には調整は困難である。また、コリメートレンズを光軸方向に調整しても、主・副同時に焦点位置を補正できるとは限らない。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、簡単な構成で主・副独立に結像状態を検知し、主・副独立に焦点位置を補正してビーム径やビームピッチを制御することができる新規な構成の光走査装置を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の光走査装置は、複数の光ビームを出射する光源ユニットと、該光源ユニットから出射した複数の光ビームを偏向して被走査面上に集光し主走査方向に走査する走査光学系と、該走査光学系により走査される複数の光ビームを検出する光ビーム検出手段と、該光ビーム検出手段からのビーム検出信号に基づいて主走査方向および副走査方向のビーム径を計測するビーム径計測手段と、前記光ビーム検出手段からのビーム検出信号に基づいて複数の光ビームの副走査方向のピッチを計測する副走査ピッチ計測手段と、前記被走査面上の主走査方向および副走査方向のビーム径を制御するビーム径制御手段と、副走査方向のピッチを制御するピッチ制御手段を具備した構成の光走査装置において、前記主走査方向および副走査方向のビーム径制御手段は、主走査方向、副走査方向のビーム径をそれぞれ調整する主シリンドリカルレンズと副シリンドリカルレンズを配し、それぞれのシリンドリカルレンズを光軸方向に移動させてビーム径を制御するものであり、前記主シリンドリカルレンズと副シリンドリカルレンズを所定の位置から順次移動させて前記ビーム径計測手段にてビーム径計測を行い、得られた一連の計測値からビームが最大に絞り込まれている位置であるビームウエスト位置を検出するようになっており、前記ビーム径および前記ビームピッチの制御時には、前記主シリンドリカルレンズを所定の位置から順次移動させて前記ビーム径計測手段にてビーム径計測を行い、得られた一連の計測値から主走査方向のビームが最大に絞り込まれている位置である主走査方向のビームウエスト位置を検出した後、その主走査方向のビームウエスト位置が検出された位置へ前記主シリンドリカルレンズを移動させ、次に前記副シリンドリカルレンズを所定の位置から順次移動させて前記ビーム径計測手段にてビーム径計測を行い、得られた一連の計測値から副走査方向のビームが最大に絞り込まれている位置である副走査方向のビームウエスト位置を検出した後、その副走査方向のビームウエスト位置が検出された位置へ前記副シリンドリカルレンズを移動させ、次にビームピッチを検出して適正なビームピッチとなるように前記光源ユニットと前記副シリンドリカルレンズを同じ距離だけ移動させる構成としたものである。
【０００８】
すなわち、請求項１の構成では、複数の光ビームを一括走査させ、その複数の光ビームを検出し、そのビーム検出信号に基づいて主走査および副走査方向のビーム径を計測して、主走査方向および副走査方向のビーム径を制御するとともに、ビーム検出信号に基づいてビームピッチを計測し、所定のピッチとなるようにピッチを制御することにより、安定で良好なビームスポットとピッチを得ることが可能となる。
より詳しくは、請求項１の構成では、主走査方向および副走査方向のビーム径制御に、主走査方向、副走査方向のビーム径を調整する主シリンドリカルレンズと副シリンドリカルレンズを配し、それぞれのシリンドリカルレンズを光軸方向に移動させてビーム径を制御することにより、簡便に主・副走査方向のビーム径を制御することが可能となる。
そして請求項１の構成では、主シリンドリカルレンズと副シリンドリカルレンズを所定の位置から順次移動させて、前記ビーム径計測手段にてビーム径計測を行い、得られた一連の計測値からビームが最大に絞り込まれている位置であるビームウエスト位置を検出することにより、環境変動があっても安定して良好なビーム径を得ることが可能となる。
より具体的には、請求項１の構成では、ビーム径およびビームピッチの制御時には、主走査方向のビームウエスト位置を検出した後、その主走査方向のビームウエスト位置が検出された位置へ主シリンドリカルレンズを移動させ、次に副走査方向のビームウエスト位置を検出した後、その副走査方向のビームウエスト位置が検出された位置へ副シリンドリカルレンズを移動させ、次にビームピッチを検出して適正なビームピッチとなるように光源ユニットと副シリンドリカルレンズを同じ距離だけ移動させることにより、環境変動があっても安定して良好なビーム径およびビームピッチを得ることが可能となる。
【０００９】
請求項２記載の光走査装置は、請求項１の構成に加えて、前記光ビーム検出手段は、検出部の辺縁が副走査方向と平行な辺と、副走査方向に非平行で直角を含まない所定の傾斜角に設定されている辺とを具備する構成としたものである。すなわち、請求項２の構成では、光ビーム検出に、検出部の辺縁が副走査方向と平行な辺と、副走査方向に非平行で直角を含まない所定の傾斜角に設定されている辺とを使うことにより、主走査方向、副走査方向のビーム径を計測することが可能となる。
【００１０】
請求項３記載の光走査装置は、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記光ビーム検出手段の検出部を一つのセンサーで構成したことを特徴とする。すなわち、請求項３の構成では、光ビームの検出に一つのセンサーを使うことにより、精度良くビーム径を計測することが可能となる。
また、請求項４記載の光走査装置は、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記光ビーム検出手段の検出部を二つ以上のセンサーで構成したことを特徴とする。すなわち、請求項４の構成では、光ビームの検出に二つ以上のセンサーを使うことにより、簡便な回路でビーム径を計測することが可能となる。
【００１１】
請求項５記載の光走査装置は、請求項１〜請求項４の何れか一つの構成に加えて、前記ビーム径計測手段におけるビーム径計測は、前記光ビーム検出手段からのビーム検出信号を時間微分し、微分した信号のピーク値を計測してビーム径と対応させることを特徴とする。すなわち、請求項５の構成では、ビーム径計測は、ビーム検出信号を時間微分し、微分した信号のピーク値を計測してビーム径と対応させることにより簡便な回路で精度良くビーム径を計測することが可能となる。
【００１２】
請求項６記載の光走査装置は、請求項１〜請求項４の何れか一つの構成に加えて、前記ビーム径計測手段におけるビーム径計測は、前記光ビーム検出手段からのビーム検出信号を時間微分し、微分した信号の或る閾値以上の時間を計測してビーム径と対応させることを特徴とする。すなわち、請求項６の構成では、ビーム径計測は、ビーム検出信号を時間微分し、微分した信号の或る閾値以上の時間を計測してビーム径と対応させることにより簡便な回路でノイズの影響を少なくしてビーム径を計測することが可能となる。
【００１６】
請求項７記載の光走査装置は、請求項１〜請求項６の何れか一つの構成に加えて、ビームウエスト位置を検出できない場合は、シリンドリカルレンズを元の位置まで移動させ、異常であることを通報するか、もしくは、ピッチ調整後のピッチが所定のピッチでないとき異常であることを通報することの少なくとも１つを行うことを特徴とする。すなわち、請求項７の構成では、ビームウエスト位置を検出できない場合は、シリンドリカルレンズを元の位置まで移動させ、異常であることを通報するか、もしくは、ピッチ調整後のピッチが所定のピッチでないとき異常であることを通報することの少なくとも１つを行うことにより、制御系に異常が起こった場合、ビーム径やビームピッチが設定値よりずれたまま出力を続けることを防止することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成、動作を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例を示す光走査装置の構成説明図であり、例えばデジタル複写機、レーザープリンタ、レーザーファクシミリ、レーザープロッタ等の画像形成装置の書き込み光学系として用いられる光走査装置の例である。従って、ここでは被走査面１３ａは光導電性感光体１３の感光面である。
図１に示す光走査装置は、複数の光ビームを出射する光源ユニット（ＬＤＵ）１と、光源ユニット１から出射した複数の光ビームを偏向して被走査面１３ａ上に集光し主走査方向に走査する走査光学系（ポリゴンミラー４、ｆθレンズ５、折り返しミラー６、トロイダルレンズ７などから構成される）と、該走査光学系により走査される複数の光ビームを検出する光ビーム検出部８と、光ビーム検出部８からのビーム検出信号に基づいて主走査方向および副走査方向のビーム径を計測するビーム径計測部９と、光ビーム検出部８からのビーム検出信号に基づいて複数の光ビームの副走査方向のピッチを計測する副走査ピッチ計測部１１と、被走査面１３ａ上の主走査方向および副走査方向のビーム径を制御するビーム径制御部１０と、副走査方向のピッチを制御するピッチ制御部１２を具備しており、さらに、光源ユニット１とポリゴンミラー４の間の光路には、副走査方向、主走査方向のビーム径を調整するための副シリンドリカルレンズ２と主シリンドリカルレンズ３が光軸方向に移動可能に配設されている。
ここで、上記の構成において、主走査方向とは光偏向器であるポリゴンミラー４の回転によって光ビームが偏向走査される方向であり、感光体１３の被走査面（感光面）１３ａ上では、図中のＡ方向が主走査方向である。また、副走査方向は、被走査面１３ａ上で主走査方向と光軸に直交する方向であり、光走査装置による書き込み時には、被走査面（感光面）１３ａは副走査方向に移動される。
尚、図１は請求項１に対応した構成であり、ここでは、請求項１の構成を基本構成とした光走査装置の実施例について説明する。
【００１８】
図１において、光源ユニット１内には複数の発光部（例えば４つの半導体レーザ（ＬＤ））を有する半導体レーザーアレイ（ＬＤＡ）が搭載されており、また、必要に応じてコリメートレンズ等のカップリング光学系が搭載されている。このＬＤＡを搭載した光源ユニット１から照射された４つの光（レーザー）ビームは、副シリンダレンズ２および主シリンダレンズ３を通過し、図示しないポリゴンモーターにより高速回転されるポリゴンミラー４にて偏向され、ｆθレンズ５、折り返しミラー６、トロイダルレンズ７により感光体１３の被走査面（感光面）１３ａ上に結像されると共に主走査方向（図中のＡ方向）に走査され、副走査方向に隣接した４ラインの光ビームにより一括記録が行われる。また、走査される光ビームは、折り返しミラー６の近傍の記録領域外に配設された光ビーム検出用ミラー６１で折り返され、被走査面１３ａ上の結像位置と光学的に同値な位置に置かれた光ビーム検出部８上を走査する。
【００１９】
上記のように、副走査方向に所定のピッチで配列した４つの光ビームは、感光体１３の被走査面１３ａ上を主走査方向に一括走査して、一回の走査で副走査方向４ラインの記録を行う。この際、４つの半導体レーザ（ＬＤ）からの光ビームのビーム径および副走査方向のピッチは当初所定の値に設定されているが、温度等の環境の変化により、各ＬＤのビーム径および副走査方向のピッチが変動することがある。
そこで、光ビーム検出部８からの、各ＬＤの光ビーム検出信号パルスに基づいて、ビーム径計測部９にてビーム径計測を行い、ビーム径制御部１０にて主走査方向のビーム径を主に制御する主シリンドリカルレンズ３および、副走査方向のビーム径を制御する副シリンドリカルレンズ２を、図示しないパルスモータ（ＰＭ）等の駆動手段にて光軸方向に移動させ、ビーム径を制御する。
さらに、光ビーム検出部８からの、各ＬＤの光ビーム検出信号パルスに基づいて、副走査ピッチ検出部１１にて副走査方向の間隔を計測し、所定のピッチ間隔とのずれが生じている場合、そのずれ量をピッチ制御部１２に入力してピッチを補正する。例えば、ずれ量をパルスに換算し、図示しないパルスモータ等の駆動手段により光源ユニット１および、副シリンドリカルレンズ２を移動させることにより、副走査方向のピッチのずれを補正する。
【００２０】
次にビーム径計測とビーム径の制御および、副走査ピッチ計測とピッチ制御の具体例について説明する。
図２は光ビーム検出部を構成するビーム検知器とその検出信号の一例を示す図である。この例では、図２（ａ）に示すように、ビーム検知器８を受光部が直角三角形状の１つのセンサー（例えばフォトダイオード（ＰＤ））８１で構成し、そのセンサー８１の辺縁が副走査方向と平行な辺８１ａと、非平行な辺８１ｂとを具備する構成としたものである（請求項２，３）。尚、図２（ａ）では、ビーム検知器８の受光部は白抜きの直角三角形状となっているが、これは方形状のフォトダイオード（ＰＤ）にハッチング領域のような形状の遮光板を用いてマスクするような形態としてもよいし、また、白抜きの直角三角形状をしたフォトダイオードを用いてもよい。
【００２１】
図２（ａ）に示すような受光部形状の１つのセンサー８１からなるビーム検知器８をＬＤからの光ビームが主走査方向（図中の矢印方向）に通過した場合、ビーム検知器８による検出信号は図２（ｂ）のようになる。
ここで、ビーム径計測部９におけるビーム径計測の一例としては、ビーム検知器８からのビーム検出信号を時間微分し、微分した信号のピーク値Ｐ１，Ｐ２を計測することにより、ビーム径と対応させることができる（請求項５）。また、ビーム径計測部９におけるビーム径計測の別の例としては、ビーム検知器８からのビーム検出信号を時間微分し、微分した信号の或る閾値以上の時間Ｔ１，Ｔ２を計測することにより、ビーム径と対応させることができる（請求項６）。
【００２２】
尚、図２（ｃ）は（ｂ）のビーム検出信号を時間微分した微分波形を示しており、Ｐ１とＴ１は、光ビームがビーム検知器８の副走査方向と平行な辺８ａを通過した部分で得られる信号であり、Ｐ２とＴ２は光ビームがビーム検知器８の副走査方向と非平行な辺８ｂを通過した部分で得られる信号である。従って、Ｐ１，Ｐ２、またはＴ１，Ｔ２の計測値と、光ビームの主・副走査方向のビーム径との関係を予め対応づけておくことにより、Ｐ１，Ｐ２、またはＴ１，Ｔ２の計測値から主・副走査方向のビーム径を容易に計測することができる。
【００２３】
ここで、図２（ｃ）の微分波形のピーク値Ｐ１，Ｐ２を得るための回路の一例を図３に、或る閾値以上の時間Ｔ１，Ｔ２を得るための回路の一例を図４示す。
図３に示すＰ１，Ｐ２を得るための回路は、ビーム検知器８からの信号を増幅する増幅器（ＡＭＰ）９１と、増幅された検出信号を時間微分する微分器９２と、微分器９２からの信号を反転増幅する反転増幅器９３と、微分器９２からの信号と反転増幅器９３からの信号を切り換えるスイッチング回路９４と、微分後の信号（またはその反転信号）のピーク値を検出するピークホールド回路９５と、ピーク値の信号をＡ−Ｄ変換するＡ−Ｄコンバータ（ＡＤＣ）９６などで構成されている。
また、図４に示すＴ１，Ｔ２を得るための回路は、ビーム検知器８からの信号を増幅する増幅器（ＡＭＰ）９１と、増幅された検出信号を時間微分する微分器９２と、微分器９２からの信号を反転増幅する反転増幅器９３と、微分器９２からの信号と反転増幅器９３からの信号を切り換えるスイッチング回路９４と、微分後の信号（またはその反転信号）を或る閾値と比較しその閾値以上の信号を出力するコンパレータ９７と、その閾値以上の信号の時間を計測するカウンター９８などで構成されている。
【００２４】
次に図５は光ビーム検出部を構成するビーム検知器とその検出信号の別の例を示す図である。この例では、図５（ａ）に示すように、ビーム検知器８を長方形状の２つのセンサー（例えば２つのフォトダイオード（ＰＤ１、ＰＤ２））８２，８３で構成し、その２つのセンサーのうち、一方のセンサー（ＰＤ１）８２の辺縁が副走査方向と平行な辺を具備するように配置し、他方のセンサー（ＰＤ２）の辺縁が副走査方向と非平行な辺を具備するように配置した構成としたものである。
【００２５】
図５（ａ）に示すような配置構成の２つのセンサー８２，８３からなるビーム検知器８をＬＤからの光ビームが主走査方向（図中の矢印方向）に通過した場合、ビーム検知器８による検出信号は図５（ｂ）のようになる。
ここで、ビーム径計測部９におけるビーム径計測の一例としては、ビーム検知器８の２つのセンサー（ＰＤ１，ＰＤ２）８２，８３からのビーム検出信号をそれぞれ時間微分し、微分した信号のピーク値Ｐ１，Ｐ２を計測することにより、ビーム径と対応させることができる（請求項５）。また、ビーム径計測部９におけるビーム径計測の別の例としては、ビーム検知器８の２つのセンサー（ＰＤ１，ＰＤ２）８２，８３からのビーム検出信号をそれぞれ時間微分し、微分した信号の或る閾値以上の時間Ｔ１，Ｔ２を計測することにより、ビーム径と対応させることができる（請求項６）。
【００２６】
尚、図５（ｃ）は（ｂ）の２つのセンサー（ＰＤ１，ＰＤ２）８２，８３からのビーム検出信号を時間微分した微分波形を示しており、Ｐ１とＴ１は、光ビームがビーム検知器８の副走査方向と平行な辺を有するセンサー（ＰＤ１）８２を通過した際に得られる信号であり、Ｐ２とＴ２は光ビームがビーム検知器８の副走査方向と非平行な辺を有するセンサー（ＰＤ２）８３を通過した際に得られる信号である。従って、Ｐ１，Ｐ２、またはＴ１，Ｔ２の計測値と、光ビームの主・副走査方向のビーム径との関係を予め対応づけておくことにより、Ｐ１，Ｐ２、またはＴ１，Ｔ２の計測値からビーム径を容易に計測することができる。
【００２７】
ここで、図５（ｃ）の微分波形のピーク値Ｐ１，Ｐ２を得るための回路の一例を図６に、図５（ｂ）のＰＤ１ビーム検出信号とＰＤ２ビーム検出信号の時間差（ＴＰＤ）を得るための回路の一例を図７に、図５（ｃ）の或る閾値以上の時間Ｔ１，Ｔ２を得るための回路の一例を図８に示す。
図６に示すＰ１，Ｐ２を得るための回路は、ビーム検知器８からの信号を増幅する増幅器（ＡＭＰ）９１と、増幅された検出信号を時間微分する微分器９２と、微分後の信号のピーク値を検出するピークホールド回路９５と、ピーク値の信号をＡ−Ｄ変換するＡ−Ｄコンバータ（ＡＤＣ）９６などで構成されている。
また、図７に示すＴＰＤを得るための回路は、ビーム検知器８からの信号を増幅する増幅器（ＡＭＰ）９１と、増幅後の検出信号を或る閾値と比較しその閾値以上の信号を出力するコンパレータ９７と、その閾値以上の信号の時間を計測するカウンター９８などで構成されている。
また、図８に示すＴ１，Ｔ２を得るための回路は、ビーム検知器８からの信号を増幅する増幅器（ＡＭＰ）９１と、増幅された検出信号を時間微分する微分器９２と、微分後の信号を或る閾値と比較しその閾値以上の信号を出力するコンパレータ９７と、その閾値以上の信号の時間を計測するカウンター９８などで構成されている。
これらの回路図から判るように、図５（ａ）のように光ビーム検知器８を２つのセンサーで構成することにより、簡便な回路でビーム径を計測することができる。
【００２８】
次に図２（ａ）に示す構成のビーム検知器を用いて副走査方向のピッチを計測する場合、図２（ｂ）のビーム検出信号におけるＴＰは、光ビームがビーム検知器８の副走査方向と平行な辺８ａを通過してから、ビーム検知器８の副走査方向と非平行な辺８ｂを通過するまでの時間であり、複数の光ビームが副走査方向に所定のピッチで配列されて主走査方向に走査される場合、ＴＰの値は各光ビームのセンサー通過位置によって異なるので、半導体レーザアレイ（ＬＤＡ）の各半導体レーザを個別に点灯し、副走査ピッチ計測部１１でそれぞれのＴＰを計測して比較することにより、副走査ピッチを計測することができる。
また、複数の光ビーム（例えば４つの光ビーム）の全体のピッチ変動を計測する場合、図９に示すようにＬＤ１とＬＤ４を点灯して光ビームを走査し、ビーム検知器８のセンサー８１により信号を検出すると図９（ｂ）のような検出信号が得られるので、これを図４と同様の回路で時間微分することにより、図９（ｃ）の微分波形が得られる。そしてこの信号をコンパレータを通すことにより、図９（ｄ）のような出力信号が得られる。この図９（ｄ）の出力信号から、ＬＤ１の光ビームがセンサー８１の副走査方向に非平行な辺８１ｂを通過してから、ＬＤ４の光ビームがセンサー８１の副走査方向に非平行な辺８１ｂを通過するまでの時間差Ｔ１が得られる。ここで、センサー８１の副走査方向に非平行な辺８１ｂの傾斜角と、光ビームの走査速度は所定の値に設定されているので、図９（ｄ）のＴ１の計測値から、ＬＤ１の光ビームとＬＤ４の光ビームの副走査方向のピッチ間隔Ｐ１を計測することができる。
【００２９】
次に図５（ａ）に示す構成のビーム検知器を用いて副走査方向のピッチを計測する場合、図５（ｂ）のビーム検出信号におけるＴＰＤは、光ビームがビーム検知器８の副走査方向と平行な辺を有するセンサー（ＰＤ１）８２を通過してから、ビーム検知器８の副走査方向と非平行な辺を有するセンサー（ＰＤ２）８３を通過するまでの時間であり、複数の光ビームが副走査方向に所定のピッチで配列されて主走査方向に走査される場合、ＴＰＤの値は各光ビームのセンサー通過位置によって異なるので、半導体レーザアレイ（ＬＤＡ）の各半導体レーザを個別に点灯し、副走査ピッチ計測部１１でそれぞれのＴＰＤを計測して比較することにより、副走査ピッチを計測することができる。
また、複数の光ビーム（例えば４つの光ビーム）の全体のピッチ変動を計測する場合、副走査方向に非平行な辺を有する側のセンサー８３のみを用いて計測することができる。この場合、図１０（ａ）に示すようにＬＤ１とＬＤ４を点灯して光ビームを走査し、ビーム検知器８のセンサー８３により信号を検出すると、図１０（ｂ）のような検出信号が得られる。また、このビーム検出信号を積分器で積分することにより、図１０（ｃ）に示すような信号が得られる。ここで、Ｔ２とＴ０の差、あるいはＶ２とＶ０の差がＬＤ１の光ビームとＬＤ４の光ビームの副走査方向のピッチ間隔Ｐ２に対応しているので、これらの関係を予め求めておくことにより、ＬＤ１とＬＤ４の光ビームの副走査方向のピッチを計測することができる。
【００３０】
次に本発明の光走査装置においては、上記のビーム径の計測の後、主走査方向および副走査方向のビーム径制御部１０は、主走査方向、副走査方向のビーム径をそれぞれ調整する主シリンドリカルレンズ３と副シリンドリカルレンズ２を配し、それぞれのシリンドリカルレンズを光軸方向に移動させてビーム径を制御する。その際、シリンドリカルレンズ２，３を所定の位置（初期位置）から順次移動させて、ビーム径計測部９にてビーム径計測を行い、得られた一連の計測値からビームが最大に絞り込まれている位置（ビームウエスト位置）を検出する。ここで、図１１は、シリンドリカルレンズをパルスモーター等で初期位置から順次移動させ、ビーム径計測部９にてビーム径計測を行い、得られた一連の計測値からビームウエスト位置を検出し、その検出した位置にシリンドリカルレンズを移動する方法の一例を示している。
【００３１】
次に図１２は、ビーム径およびビームピッチの制御方法を示すフローチャートである。
図１に示す構成の光走査装置において、ビーム径およびビームピッチの具体的な制御方法としては、図１１、図１２に示すように、まず、パルスモータ（ＰＭ）等の駆動手段（図示せず）により主シリンドリカルレンズ３を所定の位置（初期位置）から順次移動させて、前述したビーム径計測部９にてビーム径計測を行い、得られた一連の計測値からビームが最大に絞り込まれている位置（ビームウエスト位置）を検出する（Ｓ１）。そして、主走査方向のビームウエスト位置を検出した後、その検出した位置への主シリンドリカルレンズ（ＣＹＬ）３の移動量を演算し（Ｓ２）、その演算した移動量だけパルスモータ（ＰＭ）等の駆動手段（図示せず）を駆動して主走査方向のビームウエスト位置が検出された位置へ主シリンドリカルレンズ３を移動させる（Ｓ３）。次にパルスモータ（ＰＭ）等の駆動手段（図示せず）により副シリンドリカルレンズ２を所定の位置（初期位置）から順次移動させて、ビーム径計測部９にてビーム径計測を行い、得られた一連の計測値からビームが最大に絞り込まれている位置（ビームウエスト位置）を検出する（Ｓ４）。そして、副走査方向のビームウエスト位置を検出した後、その検出した位置への副シリンドリカルレンズ（ＣＹＬ）２の移動量を演算し（Ｓ５）、その演算した移動量だけパルスモータ（ＰＭ）等の駆動手段（図示せず）を駆動して副走査方向のビームウエスト位置が検出された位置へ副シリンドリカルレンズ２を移動させる（Ｓ６）。次に前述した副走査ピッチ計測部１１によりビームピッチを検出し（Ｓ７）、適正なビームピッチとなるように光源ユニット（ＬＤＵ）１の移動量を演算し（Ｓ８）、その演算した移動量だけパルスモータ（ＰＭ）等の駆動手段（図示せず）を駆動して光源ユニット（ＬＤＵ）１と副シリンドリカルレンズ２を同じ距離だけ移動させる。
これらの制御により、簡便に主・副走査方向のビーム径と、副走査方向のビームピッチを調整することができ、環境変動があっても安定して良好なビーム径およびビームピッチを得ることができる。
【００３２】
ところで、図１２に示すような制御方法においては、制御系に何らかの異常が生じた場合、ビーム径やビームピッチが設定値よりずれたまま出力を続けてしまうことがある。そこで、このような異常事態を回避するため、図１２の制御に加えて、主走査方向あるいは副走査方向のビームウエスト位置を検出できない場合は、主走査方向あるいは副走査方向のシリンドリカルレンズを元の位置まで移動させ、異常であることを通報するか、もしくは、ピッチ調整後のピッチが所定のピッチでないとき異常であることを通報することの少なくとも１つを行うようにするとよい（請求項７）。
【００３３】
ここで、図１３はエラー通報の機能を含めたビーム径およびビームピッチの制御方法を示すフローチャートである。
図１３の制御では、まず、パルスモータ（ＰＭ）等の駆動手段（図示せず）により主シリンドリカルレンズ３を所定の位置（初期位置）から順次移動させて、前述したビーム径計測部９にてビーム径計測を行い、得られた一連の計測値からビームが最大に絞り込まれている位置（ビームウエスト位置）を検出する（Ｔ１）。そして、主走査方向のビームウエスト位置を検出できた場合は（Ｔ２）、その検出した位置への主シリンドリカルレンズ（ＣＹＬ）３の移動量を演算し（Ｔ３）、その演算した移動量だけパルスモータ（ＰＭ）等の駆動手段（図示せず）を駆動して主走査方向のビームウエスト位置が検出された位置へ主シリンドリカルレンズ３を移動させる（Ｔ４）。次にパルスモータ（ＰＭ）等の駆動手段（図示せず）により副シリンドリカルレンズ２を所定の位置（初期位置）から順次移動させて、ビーム径計測部９にてビーム径計測を行い、得られた一連の計測値からビームが最大に絞り込まれている位置（ビームウエスト位置）を検出する（Ｔ５）。そして、副走査方向のビームウエスト位置を検出できた場合は（Ｔ６）、その検出した位置への副シリンドリカルレンズ（ＣＹＬ）２の移動量を演算し（Ｔ７）、その演算した移動量だけパルスモータ（ＰＭ）等の駆動手段（図示せず）を駆動して副走査方向のビームウエスト位置が検出された位置へ副シリンドリカルレンズ２を移動させる（Ｔ８）。次に前述した副走査ピッチ計測部１１によりビームピッチを検出し（Ｔ９）、適正なビームピッチとなるように光源ユニット（ＬＤＵ）１の移動量を演算し（Ｔ１０）、その演算した移動量だけパルスモータ（ＰＭ）等の駆動手段（図示せず）を駆動して光源ユニット（ＬＤＵ）１と副シリンドリカルレンズ２を同じ距離だけ移動させる（Ｔ１１）。
【００３４】
このＴ１〜Ｔ１１の一連の制御の過程で、主走査方向のビームウエスト位置検出を行った際に（Ｔ１）、主走査方向のビームウエスト位置を検出できない場合は（Ｔ２）、パルスモータ（ＰＭ）等の駆動手段（図示せず）を駆動して主シリンドリカルレンズ（ＣＹＬ）３を元の位置（初期位置）まで移動させ（Ｔ１４）、異常であることを通報し（Ｔ１６）、制御を終了する。同様に、副走査方向のビームウエスト位置検出を行った際に（Ｔ５）、副走査方向のビームウエスト位置を検出できない場合は（Ｔ６）、パルスモータ（ＰＭ）等の駆動手段（図示せず）を駆動して副シリンドリカルレンズ（ＣＹＬ）２を元の位置（初期位置）まで移動させ（Ｔ１５）、異常であることを通報し（Ｔ１６）、制御を終了する。
また、Ｔ１〜Ｔ１１の一連の制御を行った後、再度、副走査ピッチ計測部１１によりビームピッチが検出されるが（Ｔ１２）、このビームピッチの検出値を設定値と比較し（Ｔ１３）、検出値が設定値からずれていない場合は適正な制御が行われたとして制御を終了するが、ビームピッチの検出値が設定値からずれている場合は、異常であることを通報し（Ｔ１６）、制御を終了する。尚、上記のエラー通報（Ｔ１６）は、例えば画像形成装置の操作部に設けられた表示装置などにより行われる。
【００３５】
以上のように、図１３に示す制御方法では、主走査方向あるいは副走査方向のビームウエスト位置を検出できない場合は、主シリンドリカルレンズ３あるいは副シリンドリカルレンズ２を元の位置まで移動させ、異常であることを通報し、ピッチ調整後のビームピッチが所定のピッチでないときにも異常であることを通報するので、制御系９〜１２に異常が起こった場合にも、ビーム径やビームピッチが設定値よりずれたまま出力を続けることを防止することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の光走査装置においては、複数の光ビームを一括走査させ、その複数の光ビームを検出し、そのビーム検出信号に基づいて主走査および副走査方向のビーム径を計測して、主走査方向および副走査方向のビーム径を制御するとともに、ビーム検出信号に基づいてビームピッチを計測し、所定のピッチとなるようにピッチを制御することにより、安定で良好なビームスポットとピッチを得ることができる。
より詳しくは、請求項１記載の光走査装置においては、主走査方向および副走査方向のビーム径制御に、主走査方向、副走査方向のビーム径を調整する主シリンドリカルレンズと副シリンドリカルレンズを配し、それぞれのシリンドリカルレンズを光軸方向に移動させてビーム径を制御することにより、簡便に主・副走査方向のビーム径を制御することができる。
そして請求項１記載の光走査装置においては、主シリンドリカルレンズと副シリンドリカルレンズを所定の位置から順次移動させて、前記ビーム径計測手段にてビーム径計測を行い、得られた一連の計測値からビームが最大に絞り込まれている位置であるビームウエスト位置を検出することにより、環境変動があっても安定して良好なビーム径を得ることができる。
より具体的には、請求項１記載の光走査装置においては、ビーム径およびビームピッチの制御時には、主走査方向のビームウエスト位置を検出した後、その主走査方向のビームウエスト位置が検出された位置へ主シリンドリカルレンズを移動させ、次に副走査方向のビームウエスト位置を検出した後、その主走査方向のビームウエスト位置が検出された位置へ副シリンドリカルレンズを移動させ、次にビームピッチを検出して適正なビームピッチとなるように光源ユニットと副シリンドリカルレンズを同じ距離だけ移動させることにより、環境変動があっても安定して良好なビーム径およびビームピッチを得ることができる。
【００３８】
請求項２記載の光走査装置においては、請求項１の構成に加えて、光ビーム検出に、検出部の辺縁が副走査方向と平行な辺と、副走査方向に非平行で直角を含まない所定の傾斜角に設定されている辺とを使うことにより、主走査方向、副走査方向のビーム径を計測することができる。
また、請求項３記載の光走査装置においては、請求項１または請求項２の構成に加えて、光ビームの検出に一つのセンサーを使うことにより、精度良くビーム径を計測することができる。
また、請求項４記載の光走査装置においては、請求項１または請求項２の構成に加えて、光ビームの検出に二つ以上のセンサーを使うことにより、簡便な回路でビーム径を計測することができる。
【００３９】
請求項５記載の光走査装置においては、請求項１〜請求項４の何れか一つの構成に加えて、ビーム径計測は、ビーム検出信号を時間微分し、微分した信号のピーク値を計測してビーム径と対応させることにより、簡便な回路で精度良くビーム径を計測することができる。
また、請求項６記載の光走査装置においては、請求項１〜請求項４の何れか一つの構成に加えて、ビーム径計測は、ビーム検出信号を時間微分し、微分した信号の或る閾値以上の時間を計測してビーム径と対応させることにより、簡便な回路でノイズの影響を少なくしてビーム径を計測することができる。
【００４２】
請求項７記載の光走査装置においては、請求項１〜請求項６の何れか一つの構成に加えて、ビームウエスト位置を検出できない場合は、シリンドリカルレンズを元の位置まで移動させ、異常であることを通報するか、もしくは、ピッチ調整後のピッチが所定のピッチでないとき異常であることを通報することの少なくとも１つを行うことにより、制御系に異常が起こった場合にも、ビーム径やビームピッチが設定値よりずれたまま出力を続けることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す光走査装置の構成説明図である。
【図２】  請求項２，３の一実施例を示す図であって、光ビーム検出部を構成するビーム検知器とその検出信号の一例を示す図である。
【図３】ビーム径計測部に設けられる回路の一例を示す図であって、図２に示すＰ１，Ｐ２を得るための回路を示すブロック図である。
【図４】ビーム径計測部に設けられる回路の別の例を示す図であって、図２に示すＴ１，Ｔ２を得るための回路を示すブロック図である。
【図５】  請求項２，４の一実施例を示す図であって、光ビーム検出部を構成するビーム検知器とその検出信号の一例を示す図である。
【図６】ビーム径計測部に設けられる回路の一例を示す図であって、図５に示すＰ１，Ｐ２を得るための回路を示すブロック図である。
【図７】ビーム径計測部に設けられる回路の一例を示す図であって、図５に示すＴＰＤを得るための回路を示すブロック図である。
【図８】ビーム径計測部に設けられる回路の一例を示す図であって、図５に示すＴ１，Ｔ２を得るための回路を示すブロック図である。
【図９】図２に示す構成のビーム検知器を用いて副走査方向のビームピッチを検出する際の検出信号の一例を示す図である。
【図１０】図５に示す構成のビーム検知器を用いて副走査方向のビームピッチを検出する際の検出信号の一例を示す図である。
【図１１】  請求項１の一実施例を示す図であり、ビームウエスト位置を検出し、その検出した位置にシリンドリカルレンズを移動する方法の説明図である。
【図１２】  請求項１の一実施例を示す図であり、ビーム径およびビームピッチの制御方法を示すフローチャートである。
【図１３】  請求項７の一実施例を示す図であり、エラー通報の機能を含めたビーム径およびビームピッチの制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１      光源ユニット（ＬＤＵ）
２      副シリンドリカルレンズ
３      主シリンドリカルレンズ
４      ポリゴンミラー（光偏向器）
５      ｆθレンズ
６      折り返しミラー
７      トロイダルレンズ
８      光ビーム検出部（ビーム検知器）
９      ビーム径計測部
１０    ビーム径制御部
１１    副走査ピッチ計測部
１２    ピッチ制御部
１３    感光体
１３ａ  被走査面（感光面）
６１    光ビーム検出用ミラー
８１    副走査方向と平行な辺と非平行な辺とを具備するセンサー（ＰＤ）
８２    副走査方向と平行な辺を有するセンサー（ＰＤ１）
８３    副走査方向と非平行な辺を有するセンサー（ＰＤ２）
９１    増幅器（ＡＭＰ）
９２    微分器
９３    反転増幅器
９４    スイッチング回路
９５    ピークホールド回路
９６    Ａ−Ｄコンバータ
９７    コンパレータ
９８    カウンター
【図１】
0004358967.tif 000002
【図２】
0004358967.tif 000003
【図３】
0004358967.tif 000004
【図４】
0004358967.tif 000005
【図５】
0004358967.tif 000006
【図６】
0004358967.tif 000007
【図７】
0004358967.tif 000008
【図８】
0004358967.tif 000009
【図９】
0004358967.tif 000010
【図１０】
0004358967.tif 000011
【図１１】
0004358967.tif 000012
【図１２】
0004358967.tif 000013
【図１３】
0004358967.tif 000014