JP3548319B2 - 走査光学装置 - Google Patents

Description

【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザープリンター等に利用される走査光学装置に関し、特に、偏向器として複数の反射面を有するポリゴンミラーを利用した装置に関する。
【０００１】
【従来の技術】
走査光学装置は、半導体レーザー等の光源から発した光束をポリゴンミラーで反射、偏向させ、ｆθレンズにより収束させて感光体ドラム等の走査対象面上に主走査方向に走査するスポットを形成する。
【０００２】
ポリゴンミラーは、一般に金属を加工して製造されており、複数の反射面はそれぞれ個別に研磨される。このため、本来は回転軸に対して平行となるべき反射面が回転軸に対して傾く誤差、いわゆる面倒れ誤差が発生し、かつ、その誤差量は各反射面毎に異なる値となる。
【０００３】
従来の走査光学装置は、面倒れ誤差によるスポット位置の副走査方向のズレを補正するため、光源とポリゴンミラーとの間にシリンドリカルレンズを配置し、アナモフィックなｆθレンズを利用してポリゴンミラーの反射面と感光体ドラム面とを副走査方向において光学的に共役となるよう設定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レンズの加工誤差等を原因として共役関係が崩れた場合、あるいは、ポリゴンミラーの反射面のゴミやキズによる影響を避けるために感光体ドラム面の共役位置を意図的に反射面の前後にずらした場合等には、面倒れ誤差によるスポットの位置ズレが補正しきれずに残存するという問題がある。
【０００５】
この発明は、共役関係が保たれていない場合に発生する面倒れ誤差によるスポットの位置ズレを補正することができる走査光学装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる走査光学装置は、光源と、該光源から発した光束を反射、偏向させるポリゴンミラーと、光源とポリゴンミラーとの間の光路中に配置され、感光体ドラム面上でのビームスポットの副走査方向の位置を回動することによりシフトさせるダイナミックプリズムと、ポリゴンミラーで反射された光束を収束させて、感光体ドラム面上にビームスポットを形成する走査レンズと、ポリゴンミラーの複数の反射面のうち特定の反射面が特定の回転位置を通過する毎にインデックス信号を出力する検出手段と、複数の反射面毎の面倒れ誤差に基づく感光体ドラム面上でのビームスポットの副走査方向へのズレである面倒れシフト量を記憶するメモリと、インデックス信号と所定の同期信号とに基づいて、現在の走査に対応する反射面を特定し、特定した反射面に対応するシフト量をメモリから読み出す面倒れシフト量決定手段と、感光体ドラムの回転ムラを検出する回転ムラ検出手段と、回転ムラ検出手段によって検出された回転ムラと所定の基準書き込み位置情報とに基づいて、所定の演算を行い、回転ムラによるビームスポットの副走査方向へのズレである回転ムラシフト量を算出する回転ムラシフト量演算手段と、面倒れシフト量決定手段によって決定された面倒れシフト量と、回転ムラシフト量演算手段によって算出された回転ムラシフト量とを加算して総合シフト量を算出する加算手段と、加算手段によって算出された総合シフト量を相殺するようにダイナミックプリズムを回動制御する制御手段と、ダイナミックプリズムの回転角度を検出する角度検出手段を備え、制御手段は、角度検出手段によって検出された回転角度および総合シフト量に基づいて、ダイナミックプリズムをクローズドループにより回動制御することを特徴とする。これにより、ポリゴンミラーの面倒れによる感光体ドラム面上でのビームスポットの副走査方向の位置ズレ、および感光体ドラム自体の回転ムラによる該感光体ドラム面上でのビームスポットの副走査方向の位置ズレの両方を補正して、描画性能の劣化を防ぐことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる走査光学装置の実施形態を説明する。実施形態として示される走査光学装置は、８本のレーザ光を同時に走査させることにより、一回の走査で８本の走査線を同時に形成するマルチビーム走査光学装置である。まず、走査光学装置全体の斜視図である図１、その光学系の配置を示す図２、断面図である図３、そして平面図である図４に基づき、この装置の概略構成を説明する。なお、この明細書において「主走査方向」は、光軸に垂直な面内で光束の走査方向に相当する方向、「副走査方向」は、光軸に垂直な面内で主走査方向に直交する方向をいうものとする。
【０００８】
走査光学装置は、図１に示されるように、ほぼ直方体状の偏平なケーシング１内に走査光学系を配して構成されている。ケーシング１の上部開口は、使用時には上部蓋体２により閉成される。
【０００９】
走査光学系の光源部１００は、図１および図２に示されるように、それぞれ支持基板３００に取り付けられた８つのレーザーブロック３１０ａ〜３１０ｈと、これらのレーザーブロックに１つづつ取り付けられた半導体レーザー１０１〜１０８と、半導体レーザーから発する光束を伝達する８本の石英ガラス製の光ファイバー１２１〜１２８と、これらの光ファイバーの射出側の端部を直線上に並べて保持することにより直線上に配列する８つの点光源を形成するファイバーアライメントブロック１３０とから構成されている。なお、光ファイバー１２１〜１２８の入射側の端部は、レーザーブロック３１０ａ〜３１０ｈに固定されたファイバー支持体３１９ａ〜３１９ｈにより保持されている。
【００１０】
光源部１００のファイバーアライメントブロック１３０から射出される発散光束は、円筒状のコリメートレンズホルダー３４０により保持されたコリメートレンズ１４０により平行光束とされ、絞り１４２を透過してハーフミラー１４４に入射する。このハーフミラー１４４の透過率は、５〜１０％である。
【００１１】
ハーフミラー１４４を透過したモニター光束は、ＡＰＣ（オートパワーコントロール）信号検出部１５０に入射する。ＡＰＣ信号検出部１５０は、透過光束を収束させるコンデンサレンズ１５１と、この光束を直交する２つの偏光成分に分離する偏光分離素子としての偏光ビームスプリッター１５３と、それぞれの偏光成分を受光するＡＰＣ用第１受光素子１５５、ＡＰＣ用第２受光素子１５７とから構成されており、その出力信号は同一の駆動信号に対する各半導体レーザーの出力がほぼ同一となるようフィードバック制御するために利用される。
【００１２】
一方、ハーフミラー１４４で反射された主光束は、副走査方向の角度を逐次制御するダイナミックプリズム１６０により角度制御された後、副走査方向にのみ正のパワーを持つシリンドリカルレンズ１７０によりポリゴンミラー１８０のミラー面の近傍で線状に結像される。ダイナミックプリズム１６０は、ケーシング１の底面と平行な軸回りに回動可能に設けられており、回動により偏角作用が変化して感光体ドラム２１０上でのビームスポットの位置を副走査方向にシフトさせる。ダイナミックプリズム１６０は、後述のポリゴンミラーの面倒れ誤差や、感光体ドラムの回転ムラ等に起因する走査対象面上でのスポットの副走査方向の位置ズレを補正するために利用される。シリンドリカルレンズ１７０は、円筒状のシリンドリカルレンズホルダー３６１により保持されており、図２に示されるように、副走査方向においてそれぞれ正・負のパワーを持つ２枚のレンズ１７１、１７３から構成される。
【００１３】
ポリゴンミラー１８０は、図３に示されるようにケーシング１に固定されたポリゴンモータ３７１により駆動され、図４中の矢印で示したように時計回り方向に回転する。また、ポリゴンミラー１８０は、回転による風切り音の発生や、空気中の塵埃との衝突によるミラー面の損傷を避けるため、図１に示されるようにカップ状のポリゴンミラーカバー３７３により外気から遮断されて配置されている。
【００１４】
ポリゴンミラーカバー３７３には、その側壁に光路孔３７３ｅが形成されており、この光路孔３７３ｅにはカバーガラス３７５がはめ込まれている。シリンドリカルレンズ１７０を透過した光束は、カバーガラス３７５を通してカバー内に入射し、ポリゴンミラー１８０により反射、偏向されて再びカバーガラス３７５を通して外部に射出される。なお、ポリゴンミラーカバー３７３の上面には、ポリゴンミラー１８０の上面に付されたマークＭを検出してインデックス信号を出力するためのポリゴンセンサ（図示せず）を含むセンサブロック３７６が設けられている。
【００１５】
ポリゴンミラー１８０の反射面は、高精度で加工した場合にも面倒れ誤差を有し、その誤差量は一般に各反射面毎に異なる。そこで、各面の誤差量を予め測定して記憶させておき、使用時にポリゴンセンサから出力されるインデックス信号に応じていずれの反射面が使用されているかを識別することにより、反射面毎の固有の面倒れ誤差量に応じてダイナミックプリズム１６０の回動角度を調整し、ビーム位置を補正する。
【００１６】
ポリゴンミラー１８０で反射された光束は、結像光学系であるｆθレンズ１９０を透過した後、図３に示されるように折り返しミラー２００により反射されて感光体ドラム２１０上に達し、８つのビームスポットを形成する。これらのビームスポットは、ポリゴンミラー１８０の回転に伴って同時に走査され、感光体ドラム２１０上には一回の走査で８本の走査線が形成される。
【００１７】
感光体ドラム２１０は、ビームスポットの走査に同期して図３に示される矢印Ｒ方向に回転駆動され、これにより感光体ドラム２１０上に静電潜像が形成される。この潜像は、公知の電子写真プロセスにより、図示せぬ用紙に転写される。
【００１８】
ｆθレンズ１９０は、ポリゴンミラー１８０側から折り返しミラー２００側に向けて順に、主走査方向、副走査方向の両方向に関してそれぞれ負、正、正、負のパワーを有する第１、第２、第３、第４レンズ１９１，１９３，１９５，１９７が配列して構成され、副走査方向においてポリゴンミラー１８０のミラー面近傍で線状に結像された光束を感光体ドラム２１０上に楕円形状に再結像させるパワーを有する。
【００１９】
ｆθレンズ１９０の４枚のレンズは、図３および図４に示されるように単一のレンズ台３８０上に固定されている。なお、ｆθレンズ１９０は、単一波長での使用を前提としているため、色収差は補正されていない。
【００２０】
図１〜図４中のｘ軸は、ｆθレンズ１９０の光軸と平行な軸、ｙ軸およびｚ軸は、ｘ軸に垂直な面内で互いに直交する軸である。ｙ軸は主走査方向に一致し、ｚ軸はポリゴンミラー１８０と折り返しミラー２００との間の光路中では副走査方向に一致する。
【００２１】
なお、ｆθレンズ１９０を透過した光束は、各走査毎に、すなわちポリゴンミラーの１つの反射面による走査毎に、描画範囲に入る前に同期信号検出用光学系２２０により検出される。同期信号検出用光学系２２０は、ｆθレンズ１９０の第４レンズ１９７と折り返しミラー２００との間の光路中に配置されて描画範囲の手前で光束を反射させる第１ミラー２２１と、この第１ミラー２２１で反射された光束を順に反射させる第２、第３ミラー２２３，２２５と、これらのミラーにより導かれた光束を受光する受光素子２３０とから構成されている。受光素子２３０は、感光体ドラム２１０と光学的に等価な位置に配置されている。８本のビームは、走査に伴って１本づつ順番に受光素子２３０に入射し、受光素子２３０からは１走査毎に８つのパルスが出力される。パルスが検出されると、そのパルスに対応する半導体レーザーを駆動するレーザー駆動部に１ライン分の画像データが転送され、パルスの検出から一定時間経過後に書き込みが開始される。
【００２２】
また、ケーシング１には、折り返しミラー２００で反射された光束を透過させる描画用開口１１が形成されると共に、折り返しミラー２００の背後に光学調整用開口１２が形成されている。描画用開口１１には、カバーガラス２０１が装着されている。光学調整用開口１２は、折り返しミラー２００を除く光学素子を組み付けた後に、これらの光学素子を調整する際に使用され、描画のための使用時には図３に示されるように蓋板１３により閉成される。
【００２３】
次に、上記の走査光学装置のダイナミックプリズム１６０を制御するための系の構成およびその作用を説明する。
図５は、実施形態の走査光学装置の制御系のうちダイナミックプリズム１６０の制御に関連する部分を抜き出して示したブロック図である。この制御回路は、ポリゴンミラー１８０の面倒れ誤差と感光体ドラム２１０の回転ムラとにより発生する感光体ドラム面上でのビームスポットの副走査方向のズレを合わせて補正するようダイナミックプリズム１６０を制御する。
【００２４】
面倒れシフト量演算装置４６１は、ポリゴンセンサ３７４から出力されるインデックス信号と、同期信号検出用受光素子２３０から出力される同期信号とに基づいて現在の走査がポリゴンミラーの何れの反射面によるものかを判断し、該当する反射面の面倒れ誤差によるビームスポットのシフト量をメモリ４０１から読み出して出力する。
【００２５】
ポリゴンセンサ３７４は、例えばポリゴンミラー１８０側に投光する発光ダイオードと、この発光ダイオードから発してポリゴンミラー１８０で反射された光を受光する受光素子とから構成される。マークＭは、この例では黒色の油性インクで付されており、金属製の他の部分より反射率が低くなるため、ポリゴンセンサ３７４の下をマークＭが通過する毎に受光素子の出力が一時的に低下する。ポリゴンセンサ３７４は、この出力の変化をインデックス信号として出力する。
【００２６】
実施形態の装置のようにポリゴンミラー１８０に単一のマークＭが付されている場合、ポリゴンミラー１８０が一回転する毎にインデックス信号が出力される。インデックス信号が出力されると、その際に光束を走査させている反射面を特定することができ、また、面の切り替わりは同期信号から判断することができるため、常に現在いずれの反射面で光束が偏向されているかを識別することができる。
【００２７】
メモリ４０１には、ポリゴンミラー１８０の各面の面倒れによる感光体ドラム２１０上でのスポットのシフト量が予め入力されている。このシフト量に関するデータは、各反射面の面倒れ角度を測定することにより計算で求めてもよいし、１つの半導体レーザーを発光させた際の所定の像高でのビームスポットの反射面毎の差を感光体ドラム２１０上、またはこれと光学的に等価な面上で実測することにより求めてもよい。求められたシフト量のデータは、面倒れシフト量演算回路４６１に接続されたシフト量入力装置４６０から入力される。シフト量入力装置４６０は、少なくとも調整段階において接続されていれば足り、調整後には取り外してもよい。
面倒れによるスポットのシフトは反射面毎に一定の値となるため、面倒れシフト量演算回路４６１の出力は、当該反射面におけるダイナミックプリズム１６０の基準角度を決定づける。
【００２８】
一方、感光体ドラム２１０の回転ムラは、面倒れのように既知の誤差ではなくランダムに発生する誤差である。回転ムラシフト量演算手段４６３は、プリンタコントローラ４６５から入力される本来の書込位置と、ドラムセンサ２１３から出力される感光体ドラム２１０の回転ムラとに基づき、検出された回転ムラによるスポットの副走査方向のシフト量を演算する。
【００２９】
面倒れシフト量演算手段４６１から出力される面倒れ誤差によるビームスポットの副走査方向のシフト量と、回転ムラシフト量演算手段４６３から出力される回転ムラによるスポットのシフト量とは、加算回路４６７において加算され、ダイナミックプリズム位置制御装置４６９に入力される。ダイナミックプリズム位置制御装置４６９は、加算回路から出力される総合的なシフト量を相殺するためのダイナミックプリズム１６０の調整角度を求めてダイナミックプリズム１６１を回動制御する。ダイナミックプリズム１６０の設定角度は、プリズムセンサ１６３により検出され、ダイナミックプリズム位置制御装置４６９は、このセンサ出力に基づいてダイナミックプリズムをクローズドループで制御する。プリズムセンサ１６３は、例えばダイナミックミラー１６０の一面に形成されたミラー部分に向けて光束を入射させる発光素子と、この発光素子から発してミラー部分で反射された光束の位置を検出する受光素子とから構成される。
【００３０】
上記の制御により、シリンドリカルレンズとｆθレンズとの組み合わせによっては補正しきれないポリゴンミラー１８０の面倒れ、および感光体ドラム２１０の回転ムラによるスポットの副走査方向へのシフトを補正し、走査線の副走査方向の位置を正確に制御することができる。
【００３１】
なお、面倒れ誤差によるビームスポットのシフトを補正するためのダイナミックプリズム１６０の位置制御は、前の走査が終了してから描画が開始される前までのタイミングで行われる。この位置制御の時間を確保するため、走査効率、すなわち反射面の切り替わり間隔に対する描画時間の割合を比較的小さく設定している。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、たとえ描画対象面の共役位置がポリゴンミラーの反射面からずれた場合にも、面倒れ誤差に起因する反射面毎に異なる走査対象面上でのビームスポットの副走査方向のズレを補正することができる。したがって、ポリゴンミラー面のゴミやキズの影響を避けるために走査対象面の副走査方向の共役点をポリゴンミラーの反射面から離した場合にも、光学系の静的な特性で補正しきれない副走査方向のスポットの位置ズレを補正して描画性能の劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる走査光学装置の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の装置の副走査方向の断面図である。
【図３】図１の装置の主走査方向の平面図である。
【図４】図１の装置の光学系のみを取り出して示す主走査方向の説明図である。
【図５】実施形態の走査光学装置の制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００ 光源部
１０１〜１０８ 半導体レーザー
１２１〜１２８ 光ファイバー
１３０ ファイバーアライメントブロック
１６０ ダイナミックプリズム
１８０ ポリゴンミラー
１９０ ｆθレンズ
２１０ 感光体ドラム
２１３ ドラムセンサ
２３０ 同期信号検出用受光素子
３７４ ポリゴンセンサ
Ｍ マーク
４０１ メモリ
４６１ 面倒れシフト量演算装置
４６３ 回転ムラシフト量演算装置
４６９ ダイナミックプリズム位置制御装置

Claims (1)

1. 光源と、
   前記光源から発した光束を反射、偏向させるポリゴンミラーと、
   前記光源と前記ポリゴンミラーとの間の光路中に配置され、回動することにより、回転駆動される感光体ドラム面上でのビームスポットの副走査方向の位置をシフトさせるダイナミックプリズムと、
   前記ポリゴンミラーで反射された光束を収束させて、前記感光体ドラム面上にビームスポットを形成する走査レンズと、
   前記ポリゴンミラーの複数の反射面のうち特定の反射面が特定の回転位置を通過する毎にインデックス信号を出力する検出手段と、
   前記複数の反射面毎の面倒れ誤差に基づく前記感光体ドラム面上でのビームスポットの副走査方向へのズレである面倒れシフト量を記憶するメモリと、
   前記インデックス信号と所定の同期信号とに基づいて、現在の走査に対応する反射面を特定し、特定した反射面に対応するシフト量を前記メモリから読み出す面倒れシフト量決定手段と、
   前記感光体ドラムの回転ムラを検出する回転ムラ検出手段と、
   前記回転ムラ検出手段によって検出された前記回転ムラと所定の基準書き込み位置情報とに基づいて、所定の演算を行い、前記回転ムラによる前記ビームスポットの副走査方向へのズレである回転ムラシフト量を算出する回転ムラシフト量演算手段と、
   前記面倒れシフト量決定手段によって決定された前記面倒れシフト量と、前記回転ムラシフト量演算手段によって算出された前記回転ムラシフト量とを加算して総合シフト量を算出する加算手段と、
   前記加算手段によって算出された総合シフト量を相殺するように前記ダイナミックプリズムを回動制御する制御手段と、
   前記ダイナミックプリズムの回転角度を検出する角度検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記角度検出手段によって検出された回転角度および前記総合シフト量に基づいて、前記ダイナミックプリズムをクローズドループにより回動制御することを特徴とする走査光学装置。

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