JPH0720395A - レーザビーム走査光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度等の変化により光学系の焦点距離が変化
しても、簡単な構成で焦点合わせ（ビーム径の調整）を
行うこと。 【構成】 感光体ドラム３１の点Ｐ１，Ｐ２と光学的に
等価位置に光センサ２１，２２を設け、この光センサ２
１，２２を用いてレーザビームの焦点合わせ（ビーム径
の調整）を行う。光センサ２１，２２は光電変換素子を
内蔵し、この素子にスリットを通過したビームが入射す
る。スリットは主走査方向に直交するものと傾斜するも
のとが設けられている。直交するスリットを通過したビ
ームを検出することによって主走査方向のビーム径が調
整される。傾斜したスリットを通過したビームを検出す
ることによって副走査方向のビーム径が調整される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザビーム走査光学
装置、特に、画像データに基づいて変調されたレーザビ
ームで被走査面上を走査し、画像を形成するレーザビー
ム走査光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子写真複写機においては、画像
編集の多機能化、フルカラー化を進めるために、画像処
理のデジタル化が採用されている。このようなデジタル
化に際しては、レーザプリンタで用いられているプリン
トヘッドを感光体への画像印字手段として用いている。
このプリントヘッドは、レーザダイオードを画像データ
に基づいて変調制御し、レーザダイオードから放射され
たレーザビームをポリゴンミラーで偏向し感光体上を１
ラインずつ走査する。これを主走査と称し、主走査と感
光体の回転による副走査とで、感光体上に画像を２次元
的に印字する。このプリントヘッド（レーザビーム走査
光学装置）は、１ドットごとの変調が容易であり、主走
査方向の画像むらが少なく、ビーム径を絞ることが比較
的容易であり、低価格に構成できる。

【０００３】一方、デジタル複写機のプリントヘッドは
レーザプリンタのそれに比べて高い性能を要求される。
一つには印字位置の精度である。デジタル複写機では原
稿画像読取り装置（イメージスキャナユニット）の誤差
が加わるため、主走査倍率、スキュウ、主走査方向の等
ピッチ性の性能は、レーザプリンタよりも高いレベルが
要求される。また、副走査方向の印字位置のゆらぎの精
度も厳しいものが要求される。副走査方向の印字位置の
ゆらぎは、周期的な濃度むら（ピッチむら）として現れ
る。このゆらぎは、ポリゴンミラーの面倒れ誤差、振動
等で副走査方向の印字位置が周期的に移動するために生
じる現象である。レーザプリンタに比べてデジタル複写
機における副走査方向の印字位置のゆらぎの許容幅は小
さい。

【０００４】ところで、中間調を表現するには、面積階
調方式と濃度階調方式及び両者の中間的な多値ディザ方
式がある。面積階調方式とは、数ドットを一つの単位と
して、印字するドット数を変えて印字面積を変化させる
ことで階調を表現する。濃度階調とは、１ドット単位で
１ドットの濃度を変化させることで階調を表現する。中
間調の表現としては、濃度階調方式の方が優れている。
しかも、この方式は副走査方向の印字位置のゆらぎにつ
いて敏感であり、ゆらぎの許容幅が狭い。面積階調方式
では、面倒れ補正率を１／数１０程度とすれば、副走査
方向の印字位置のゆらぎが数μｍ程度になり、問題がな
くなる。しかし、濃度階調方式では１μｍ以下の精度が
要求される。このため、ポリゴンスキャナの面倒れ精度
を高めるか、補正効果の高い光学系を採用しなければな
らない。

【０００５】ポリゴンスキャナの面倒れ精度を高めるこ
とはポリゴンスキャナ自体の製造コストアップになり、
好ましくない。従って、面倒れ補正効果の高い光学系を
採用しなければならない。面倒れ補正光学系では、副走
査方向において、偏向点近傍と被走査面（感光体）が共
役関係になっており、この倍率が小さい程面倒れ補正効
果が高い。即ち、副走査方向の倍率の小さい光学系を採
用しなければならない。ｆθレンズの焦点距離を一定と
すると、副走査方向の倍率を小さくするためには、被走
査面に近いレンズの大口径化は避けられない。

【０００６】一方、デジタル複写機のプリントヘッドに
は、階調表現性の向上のためにビーム径が小径であるこ
とが好ましい。また、像面湾曲、歪曲等の収差も小さい
ことが必要であり、このためにレンズの枚数が増加し、
コストアップの要因となっていた。この解決策として、
レンズ面を非球面として枚数を削減し、材質をガラスか
らプラスチックに変更することが考えられる。しかし、
プラスチックは温度変化に伴って屈折率及び形状が変化
し、焦点距離が変化するという不都合を有している。こ
のような焦点距離の変化は、現実には焦点ずれ（ビーム
径の変動）として現れる。

【０００７】前述の焦点距離の変化に伴う焦点ずれは、
レーザビームをスリットを通過させて、感光体と光学的
に等価位置で、光電変換素子で受光して検出して調整す
ることが考えられる。しかし、スリットが主走査方向に
平行に延在していると、光電変換素子が主走査方向のビ
ーム径を検出することができず、しかも、入射ビームが
副走査方向に少しでもずれていると検出は不可能となっ
てしまう。また、焦点合わせは主走査方向と副走査方向
とに分けて行うが、主走査方向の焦点を調整すると副走
査方向の焦点がずれてしまうおそれを有している。

【０００８】

【発明の目的、構成、作用、効果】そこで、本発明の目
的は、温度等の変化により光学系の焦点距離が変化して
も、簡単な構成で焦点合わせ（ビーム径の調整）を行う
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
にある。以上の目的を達成するため、本発明に係るレー
ザビーム走査光学装置は、画像データに基づいて変調さ
れたレーザビームを発生する光源と；この光源から発せ
られたレーザビームを偏向する偏向器と；前記光源から
発せられた直後のレーザビームを平行光に修正する第１
の光学素子と；この第１の光学素子から射出されたレー
ザビームを前記偏向器の偏向面近傍に線状に集光する第
２の光学素子と；前記偏向器で偏向されたレーザビーム
を被走査面上で結像させる第３の光学素子と；主走査方
向に対して直交するスリット及び傾斜するスリットと、
これらのスリットを通過したレーザビームを受光する光
電変換素子とからなり、光電変換素子が前記被走査面と
光学的に等価な位置に設置された合焦センサ手段と；を
備えている。

【０００９】以上の構成において、光電変換素子へ入射
するレーザビームが通過するスリットは、主走査方向に
対して角度を持っている。従って、主走査方向及び副走
査方向共にビーム径を検出し、このビーム径が最小とな
るように焦点合わせが行われる。特に、直交するスリッ
トを通過したレーザビームで主走査方向の焦点を調整す
れば、光電変換素子の出力信号の立ち上がりが急峻なも
のとなり、好ましく、しかも、この出力信号を１ライン
ごとの印字開始位置の基準信号としても使用できる。

【００１０】さらに、本発明に係るレーザビーム走査光
学装置は、主走査方向の焦点調整手段と、主走査方向と
は独立して副走査方向の焦点を調整する手段と、主走査
方向の焦点を調整した後に副走査方向の焦点を調整する
制御手段とを備えている。このように、主走査方向の焦
点を調整した後に副走査方向の焦点を調整することによ
り、副走査方向の焦点の再調整が不要となり、焦点合わ
せを迅速に行うことができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明に係るレーザビーム走査光学装
置の実施例について、添付図面を参照して説明する。以
下の説明は本発明の実施例であるレーザビーム走査ユニ
ットを備えたフルカラーのデジタル複写機について行
う。この複写機は、図１に示すように、上段部にイメー
ジリーダユニット１とレーザビーム走査ユニット１０、
中段部にフルカラー作像部３０、下段部に給紙部６０を
配置したものである。

【００１２】イメージリーダユニット１は、矢印ａ方向
に移動することによってプラテンガラス９上にセットさ
れた原稿の画像を読み取るスキャナ２と、読み取られた
画像データを印字用のデータに変換処理する画像信号処
理部６とで構成されている。スキャナ２は原稿を照射す
るランプ３、原稿からの反射光を集光するロッドレンズ
アレイ４、集光された光をアナログの電気信号に変換す
る密着型カラーイメージセンサ（ＣＣＤ）５を備えてい
る。スキャナ２はパルスモータＭ１によって駆動され、
イメージセンサ５は原稿画像をＲ（レッド）、Ｇ（グリ
ーン）、Ｂ（ブルー）の３原色の色信号として１ライン
ずつ読み取る。画像信号処理部６はイメージセンサ５で
光電変換されたＲ，Ｇ，Ｂの色信号をＣ（シアン）、Ｍ
（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂｋ（ブラック）の４
色に対応するデジタル画像データを生成し、必要な編集
的処理を施した後に、レーザビーム走査ユニット制御部
７に転送する。

【００１３】レーザビーム走査ユニット１０は制御部７
に転送された画像データに基づいてレーザビームを矢印
ｂ方向に回転する感光体ドラム３１上に照射し、感光体
ドラム３１上に静電潜像を形成する。なお、このユニッ
ト１０の構成と動作及び前記画像信号処理部６について
は後に詳述する。フルカラー作像部３０は、感光体ドラ
ム３１及び転写ドラム３４を中心として構成されてい
る。感光体ドラム３１の周囲には、帯電チャージャ３
２、現像ユニット３３、転写ドラム３４、残留トナーの
クリーナ３５、残留電荷のイレーサランプ３６が配置さ
れている。現像ユニット３３は、上段から順次マゼン
タ、シアン、イエロー、ブラックのトナーを含む現像剤
を収容した現像器３３Ｍ，３３Ｃ，３３Ｙ，３３Ｂｋを
有し、モータＭ２によって上下方向に一体的に移動可能
とされ、感光体ドラム３１上に各色の静電潜像が形成さ
れるごとに、対応する現像器が現像位置にセットされ、
現像を行う。

【００１４】転写ドラム３４は感光体ドラム３１と同期
して矢印ｃ方向へ回転駆動可能に設置され、その内側及
び外側には、シートの先端をチャッキングするための爪
部材（図示せず）、シートを転写ドラム３４の表面に吸
着するための吸着チャージャ４１、転写ドラム３４上に
接離可能なシート押さえローラ４２、トナーをシート上
に転写するための転写チャージャ４３、除電チャージャ
４４，４５、シートを転写ドラム３４上から分離するた
めの分離爪４６、残留トナーのクリーナ４７、転写ドラ
ム３４の基準位置を検出するためのセンサ４８、センサ
４８の作動板４９が配置されている。

【００１５】フルカラーの画像形成時において、感光体
ドラム３１上にはＭ，Ｃ，Ｙ，Ｂｋのトナー画像が順次
形成され、それぞれのトナー画像は転写ドラム３４上に
巻き付けられたシート上に順次転写されて合成される。
四つの画像がシート上に合成されると、分離爪４６が作
動してシートを転写ドラム３４から分離する。また、ク
リーナ４７が作動して転写ドラム３４上の残留トナーを
除去する。

【００１６】給紙部６０は特定のサイズ（例えば、Ａ４
横、Ａ４縦、Ｂ４縦）のシートを収容する三段の給紙ト
レイ６１，６２，６３から構成されている。シートはオ
ペレータによって選択されたいずれかの給紙トレイ６
１，６２，６３から１枚ずつ給紙され、搬送ローラによ
って前記転写ドラム３４の吸着部へ搬送される。一方、
転写ドラム３４から分離されたシートは、搬送ベルト５
１によって定着器５２へ送り込まれ、ここでトナーの定
着を施された後、トレイ５３上へ排出される。

【００１７】さらに、この複写機はシートを一時的に収
容する中間収容ユニット５５を内蔵している。シートの
一面に二つの画像を合成してコピーする合成コピーモー
ドの場合、第１の画像を転写されたシートは分岐爪５６
で下方にガイドされ、いまひとつの分岐爪５７で左方に
ガイドされて中間収容ユニット５５へ収容される。ま
た、シートの両面に画像を形成する両面コピーモードの
場合、第１面に画像を転写されたシートは一旦スイッチ
バック通路５８へ搬送されて、表裏及び前後を反転され
た状態で中間収容ユニット５５へ収容される。収容され
たシートは、再給紙信号に基づいて中間収容ユニット５
５から１枚ずつ給紙され、前記転写ドラム３４の吸着部
へ搬送される。

【００１８】次に、レーザビーム走査ユニット１０につ
いて説明する。図２に示すように、このユニット１０
は、レーザダイオード１１、コリメータレンズ１２、シ
リンドリカルレンズ１３、平面ミラー１４、ポリゴンミ
ラー１５、ｆθレンズ１６，１７、シリンドリカルミラ
ー１８、平面ミラー１９，２０、光センサ２１，２２を
含み、これらの部材はケーシングに一体的に取り付けら
れている。

【００１９】レーザダイオード１１はＬＤ駆動回路２４
４（図１３参照）によって強度変調（オン、オフ）さ
れ、画像情報を乗せた発散光束を放射する。この発散光
束はコリメータレンズ１２によって平行光に修正され、
シリンドリカルレンズ１３を透過し、平面ミラー１４で
折り返されてポリゴンミラー１５の偏向面を照射する。
シリンドリカルレンズ１３は副走査方向にパワーを有
し、コリメータレンズ１２から射出された光ビームをポ
リゴンミラー１５の偏向面近傍で副走査方向に集光す
る。

【００２０】ポリゴンミラー１５は図示しないモータに
よって支軸１５ａを中心に矢印ｄ方向に定速で回転駆動
される。従って、平面ミラー１４で折り返された光ビー
ムはポリゴンミラー１５の偏向面で連続的に反射され、
等角速度で偏向される。偏向された光ビームはｆθレン
ズ１６，１７を透過し、シリンドリカルミラー１８で反
射され、感光体ドラム３１上に微小なビーム径で結像す
る。光ビームは前記レンズ１３，１６，１７、ミラー１
８の作用によって、ポリゴンミラー１５の各偏向面の面
倒れを補正される。また、ｆθレンズ１６，１７の作用
によって、感光体ドラム３１上での走査速度を画像領域
の中心から両端部にわたって均等となるように（歪曲収
差）が補正され、かつ、感光体ドラム３１上での主走査
方向及び副走査方向での像面湾曲を補正する。

【００２１】また、前記ポリゴンミラー１５で偏向され
た光ビームのうち、画像領域外であって主走査方向の始
端側及び終端側の光ビームは、シリンドリカルミラー１
８で反射されてから平面ミラー１９，２０で反射され、
光センサ２１，２２へ入射する。光センサ２１，２２は
光学系の焦点位置の検出、主走査方向の倍率の検出に用
いられ、特に光センサ２１は１ラインごとの印字開始位
置の検出にも用いられる。

【００２２】光センサ２１，２２は、図３、図４に示す
ように、ホルダ２３の奥部に光電変換素子２４を収納
し、ホルダ２３の正面に光拡散透過板２５、スリット板
２６を設けたものである。スリット板２６は遮光材から
なり、主走査方向Ａに対して垂直なスリット２６ａと傾
斜したスリット２６ｂが形成されている。ホルダ２３の
内面は白色に塗装され、光を反射するようになってい
る。光センサ２１，２２の光電変換素子２４はそれぞれ
感光体ドラム３１の点Ｐ１，Ｐ２と等価位置に配置され
ている。従って、光センサ２１のスリット２６ａを透過
したときに光電変換素子２４へ入射する光ビームの検出
信号は印字開始位置の基準信号として用いられる。

【００２３】図２において、平面ミラー１４を用いて光
路を折り返すようにしたのは、レーザダイオード１１か
ら放射されたビームの光路とポリゴンミラー１５で偏向
されたビームの光路とを直交させ、光路をコンパクトに
構成するためである。ところで、前記コリメータレンズ
１２、シリンドリカルレンズ１３、ｆθレンズ１６，１
７及びシリンドリカルミラー１８はプラスチックからな
る成形品であり、非球面が多用されており、収差が良好
に補正されている。プラスチックを用いているのは、非
球面の形成が比較的簡単で、量産に向いているためであ
る。しかし、プラスチックをレンズとして用いると、周
囲の温度変化によって屈折率及び形状が変化し、焦点距
離が無視できない程変化するといった不都合がある。こ
のため結像位置が光軸上でシフトしてビーム径が大きく
なる。

【００２４】図５はビームスポット形状に対する光セン
サ２１，２２（光電変換素子２４）の電流信号Ｉａ，Ｉ
ｂを示す。電流信号Ｉａはビームがスリット２６ａを通
過したときの信号、電流信号Ｉｂはビームがスリット２
６ｂを通過したときの信号である。理想的な（焦点が合
っているときの）ビームスポット形状をＢｃとすると、
電流信号Ｉａ，Ｉｂは共に大きい。ビームスポット形状
がＢａのように主走査方向Ａ及び副走査方向Ｂに大きい
場合、電流信号Ｉａ，Ｉｂは共に小さい。また、ビーム
スポット形状がＢｂのように副走査方向Ｂにのみ大きい
場合、電流信号Ｉａは大きく、電流信号Ｉｂは小さい。
このように光センサ２１，２２に入射するビームスポッ
ト形状を電流信号Ｉａ，Ｉｂによって判断することがで
き、この電流信号Ｉａ，Ｉｂに基づいて前記コリメータ
レンズ１２、シリンドリカルレンズ１３の光軸上での位
置を調整することにより、結像面（感光体ドラム３１）
上での焦点を合わせることができる。

【００２５】ところで、本実施例で使用している光電変
換素子２４は、ビームの単位時間当たり、かつ、単位面
積当たりのビーム強度を電流信号に変換して出力する。
従って、ビームスポット形状が大きく広がると、レーザ
ダイオード１１から放射されるときのビーム強度は一定
であることを考慮すると、単位面積当たりのビーム強度
は小さくなり、光電変換素子２４から出力される電流信
号は小さくなる。逆に、電流信号が最大のとき、ビーム
スポットは焦点ずれのない理想的な形状である、即ち、
焦点が合っていると考えてよい。実施例では、電流信号
が最大となるようにビームスポット形状を調整する。

【００２６】具体的には、図６に示すように、レーザダ
イオード１１を保持するホルダ７１とコリメータレンズ
１２の鏡胴７２を保持するホルダ７３とを結合し、鏡胴
７２とホルダ７３との間に円筒形の圧電素子７４を介在
させた。圧電素子７４は印加電圧によって歪み、歪み量
は電圧値に比例する。従って、電圧値を変化させること
によってコリメータレンズ１２が鏡胴７２と共に光軸上
で移動する。コリメータレンズ１２の移動によって主走
査方向のビーム径を調整することが可能となる。逆に、
電圧値によってコリメータレンズ１２の移動距離を検出
可能である。

【００２７】一方、図７に示すように、シリンドリカル
レンズ１３はホルダ７６を介してブラケット７７に保持
され、ブラケット７７はリニアモータ７８上に搭載され
ている。リニアモータ７８を駆動することにより、シリ
ンドリカルレンズ１３がブラケット７７と共に光軸上で
移動する。シリンドリカルレンズ１３の移動によって副
走査方向のビーム径を調整することが可能となる。逆
に、リニアモータ７８の駆動量によってシリンドリカル
レンズ１３の移動距離を検出可能である。

【００２８】調整方法としては、まず、光センサ２１の
スリット２６ａをビームが通過するときに対応する電流
信号Ｉａが最大となるように、コリメータレンズ１２を
移動させ、このときの移動距離を記憶手段に記憶する。
同様に、光センサ２２のスリット２６ａをビームが通過
するときに対応する電流信号Ｉａが最大となるように、
コリメータレンズ１２を移動させ、このときの移動距離
と前記光センサ２１で検出して記憶手段に記憶した移動
距離との平均値を求める。この平均値に対応してコリメ
ータレンズ１２を移動させる。これにより、主走査方向
のビーム径が調整されたこととなる。

【００２９】一方、副走査方向のビーム径に関しては、
光センサ２１のスリット２６ｂをビームが通過するとき
に対応する電流信号Ｉｂが最大となるように、シリンド
リカルレンズ１３を移動させ、このときの移動距離を記
憶手段に記憶する。同様に、光センサ２２のスリット２
６ｂをビームが通過するときに対応する電流信号Ｉｂが
最大となるように、シリンドリカルレンズ１３を駆動さ
せ、このときの移動距離と前記光センサ２１で検出して
記憶手段に記憶した移動距離との平均値を求める。この
平均値に対応してシリンドリカルレンズ１３を移動させ
る。これにより、副走査方向のビーム径が調整されたこ
ととなる。

【００３０】以上の如く、本実施例によれば、ビームス
ポット形状（光学系の焦点位置）の調整を、光センサ２
１，２２を用いて行う。光センサ２１，２２のいずれか
一方を用いるだけでも調整は可能である。しかし、主走
査方向あるいは副走査方向の像面が加工誤差や組立て誤
差等によって傾いたり湾曲している場合に、光センサ２
１，２２の検出結果の平均をとることにより、この種の
誤差の影響を小さくできる。

【００３１】また、コリメータレンズ１２は主走査方向
及び副走査方向にパワーを有し、シリンドリカルレンズ
１３は副走査方向にのみパワーを有する。仮に、シリン
ドリカルレンズ１３を先に移動させて副走査方向のビー
ム径を調整し、その後コリメータレンズ１２を移動させ
て主走査方向のビーム径を調整すると、副走査方向のビ
ーム径が狂ってしまうおそれがある。本実施例の如く、
コリメータレンズ１２を先に移動させて主走査方向のビ
ーム径を調整し、その後シリンドリカルレンズ１３を移
動させて副走査方向のビーム径を調整すれば、シリンド
リカルレンズ１３は主走査方向にはパワーを持たないた
め、先に調整された主走査方向のビーム径が狂うおそれ
はない。

【００３２】次に、スリット２６ａ，２６ｂの延在方向
に関して説明する。スリットが主走査方向に延在してい
ると、主走査方向のビーム径が変化しても光電変換素子
の出力は同じであり、その変化を検出することはできな
い。しかも、ビームが副走査方向に少しでもずれると検
出は不可能となってしまう。一方、スリットが副走査方
向に延在していると、副走査方向のビーム径が変化して
も光電変換素子の出力は同じであり、その変化を検出す
ることはできない。そこで、本実施例ではスリットを主
走査方向に対して角度を持たせるようにした。副走査方
向のビーム径を調整するためのスリット２６ｂは主走査
方向に対して４５゜傾斜させた。主走査方向のビーム径
を調整するためのスリット２６ａに関しては主走査方向
に対して４５゜傾斜させてもよい。しかし、本実施例で
は、スリット２６ａは１ラインごとの印字開始位置の基
準信号を得るためにも使用するため、電流信号Ｉａの立
ち上がりを急峻なものとするため、主走査方向に対して
９０゜直交させた。

【００３３】また、前述のビームスポット形状（焦点位
置）の調整は、１枚分の画像を感光体ドラム３１上に印
字している間は禁止される。この調整がリアルタイムで
かつレンズ１２，１３が連続的に移動して行われれば問
題とならない。しかし、実際上リアルタイムで行うこと
は困難であり、レンズ１２，１３がステップ的に移動す
る場合には画像濃度がステップ的に変化し、画像劣化が
生じる。具体的には、この調整は１枚の原稿画像の印字
を行う直前に実行することが好ましい。

【００３４】図８は複写機のフルカラー作像部３０及び
給紙部６０を制御するための制御回路を示す。制御はＣ
ＰＵ１００を中心にして行われ、光センサ２１，２２の
電流信号は信号処理回路１０１を介してＣＰＵ１００へ
入力される。信号処理回路１０１はメモリ１０２を備え
ている。また、ＣＰＵ１００はコリメータレンズ１２の
駆動源である圧電素子７４の駆動回路１０４、シリンド
リカルレンズ１３の駆動源であるリニアモータ７８の駆
動回路１０５へ制御信号を出力する。

【００３５】次に、主走査の倍率補正について説明す
る。温度変化に伴ってｆθレンズ１６，１７の焦点距離
が変化すると、主走査倍率が変化し、画像上では主走査
方向の印字幅の伸び縮みとなって現れる。このような主
走査倍率の変化を補正する方法としては、前記光センサ
２１，２２を用いる方法と、図２に示すようにレーザビ
ーム走査ユニット１０内に設けた温度センサ２８を用い
る方法とがある。

【００３６】光センサ２１，２２を用いる場合は、ま
ず、光センサ２１によるビームの検出から光センサ２２
によるビームの検出までの時間を測定する。具体的には
システムクロックＳＹＮＣＫをカウントする。ＲＯＭ１
０３には、オペレータによって設定可能な全てのコピー
倍率に対応した基準時間（光センサ２１のビーム検出か
ら光センサ２２のビーム検出までの時間）が予め格納さ
れている。そこで、現在設定されているコピー倍率に対
応する基準時間と測定時間とを比較する。測定時間を
ｘ、基準時間を１とすると、ｆθレンズ１６，１７の焦
点距離の変化による主走査倍率の変化は１／ｘである。
従って、現在の設定倍率をｘ倍すれば、設定された倍率
で印字が行われることとなる。なお、基準時間、測定時
間及び補正値のデータを予めＲＯＭ１０３に格納してお
き、データ参照形式によって補正倍率を求めてもよい。

【００３７】一方、温度センサ２８を用いる場合は、ｆ
θレンズ１６，１７近傍の温度を温度センサ２８によっ
て測定する。この測定値はＣＰＵ１００へ入力され、測
定値に対応する補正倍率を演算する。温度変化に伴うｆ
θレンズ１６，１７の焦点距離の変化率は予め得られて
おり、このデータはＲＯＭ１０３に格納されている。従
って、このデータに基づいて演算するか、データ参照形
式によって補正倍率を求め、求めた補正倍率を画像信号
処理部６へ転送する。オペレータによって設定されたコ
ピー倍率がαのとき、温度センサ２８の測定値に基づく
補正倍率がβであるとすると、主走査方向の倍率をα×
βに設定し直すこととなる。

【００３８】なお、温度センサ２８に加えて湿度センサ
を併用して主走査倍率を補正すれば、補正効果が一層向
上する。以上のような主走査方向の倍率補正によって、
ｆθレンズ１６，１７の焦点距離の変化にも拘らず、設
定倍率を正しく維持することができる。なお、画像信号
処理部６における主走査方向の倍率補正の具体的手法は
後に詳述する。

【００３９】また、前述の主走査方向の倍率補正は、１
枚分の画像を感光体ドラム３１上に印字している間は禁
止される。この補正が連続的に行われれば問題とならな
い。しかし、実際上は画像信号処理部６でデジタル的に
補正を行うため、補正の前後で画像に段差が生じる。従
って、この補正は１枚の原稿画像の印字を行う直前に実
行することが好ましい。

【００４０】次に、イメージリーダユニット１に設けら
れている画像信号処理部６について説明する。図９にお
いて、画像信号処理部６はＣＰＵ２１０によって制御さ
れ、このＣＰＵ２１０は図８に示したＣＰＵ１００と適
宜通信を行い、必要な情報を交換する。画像信号処理部
６は以下のブロックで構成されている。

【００４１】アナログアンプ・Ｓ／Ｈ（サンプルホール
ド）ブロック２０１：スキャナ２内のカラーイメージセ
ンサ（ＣＣＤ）５で光電変換された原稿画像のアナログ
信号を増幅する。 Ａ／Ｄ変換ブロック２０２：前記ブロック２０１で増幅
されたアナログ信号を数値（デジタル）信号に変換す
る。

【００４２】シェーディング補正ブロック２０３：露光
ランプ３の光量むら、イメージセンサ５の各画素ごとの
感度のばらつきを補正する。各画素ごとに濃度が補正さ
れた画像信号が得られる。 反射率／濃度変換ブロック２０４：ここまで処理された
画像信号は、原稿からの反射光量に比例した信号であ
る。ここでは、後段のブロックでの処理を容易とするた
め、反射率を濃度に変換する。さらに、このブロック２
０４ではハイライト部やシャドー部を強調する調子再現
処理も同時に行う。 なお、前記各ブロック２０１，２０２，２０３，２０４
では、読み取られた３原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）がパラレルに
処理される。

【００４３】色補正・ＵＣＲ／ＢＰブロック２０５：３
原色の画像信号を合成処理し、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの印字
信号を生成する。どの色の印字信号を生成するかは、Ｃ
ＰＵ２１０がこのブロック２０５に指示する。

【００４４】編集ブロック２０６：印字信号に種々の編
集を行う。例えば、トリミング編集では指定領域外の画
像を消去する。 ＭＴＦ補正ブロック２０７：エッジ強調処理、スムージ
ング処理を行う。 変倍・移動ブロック２０８：主走査方向の画素密度変換
（倍率変更）、画像のシフト、同一領域の繰り返し出力
（イメージリピート）を行う。 γカーブ補正ブロック２０９：画質、色調等を補正す
る。

【００４５】以上の各ブロックはＣＰＵ２１０によって
直接与えられる動作パラメータと、制御信号発生部２２
０から与えられる信号（駆動パルス信号等）に従って動
作する。以上の如き処理を施されて生成された印字信号
はレーザビーム走査ユニット制御部７に転送され、レー
ザダイオード１１の変調制御に用いられる。

【００４６】図１０は前記変倍・移動ブロック２０８の
構成を示す。前段のＭＴＦ補正ブロック２０７より与え
られた画像信号は、まず、１ラインずつラインメモリ２
３１ａに格納される。このとき、書込みアドレスカウン
タ２３３がラインメモリ２３１ａに書き込まれるアドレ
スを制御する。この書込みアドレスカウンタ２３３はセ
レクタ２３５から出力されるクロック信号をカウントす
ることによってアドレスデータを発生する。

【００４７】セレクタ２３５で選択できるクロック信号
は、入力された画像信号の転送クロックであるＳＹＮＣ
ＫもしくはそのＳＹＮＣＫを間引くことによって発生し
た間引きクロックＲ＿ＳＹＮＣＫである。書込みアドレ
スカウンタ２３３に間引きクロックＲ＿ＳＹＮＣＫが与
えられるのは、縮小時である。拡大時にはＳＹＮＣＫが
与えられる。セレクタ２３５の動作はＣＰＵ２１０から
与えられる拡大縮小信号ＲＥに従う。間引き率（倍率）
はＭＡＧ＿ＤＡＴＡとしてＣＰＵ２１０から間引きクロ
ック発生部２３２へ与えられる。

【００４８】ラインメモリ２３１ａ，２３１ｂは印字開
始位置検出信号に基づく水平同期信号ＨｓｙｎｃがＣＰ
Ｕ２１０に入力されるたびに書込みアドレスカウンタ２
３３と読出しアドレスカウンタ２３４との関係が交換さ
れる。つまり、ある１ラインの画像信号をラインメモリ
２３１ａに格納した後、次の１ラインの画像信号が変倍
・移動ブロック２０８に入力されるとき、先の画像信号
を格納したラインメモリ２３１ａはラインメモリ２３１
ｂとなっている。ラインメモリ２３１ｂに対しては、読
出しアドレスカウンタ２３４が読出し処理を行う。この
読出しアドレスカウンタ２３４もクロックＳＹＮＣＫも
しくは間引きクロックやＲ＿ＳＹＮＣＫが入力され、そ
のクロックをカウントする。但し、前記書込みアドレス
カウンタ２３３とは逆に縮小時にＳＹＮＣＫが与えら
れ、拡大時にＲ＿ＳＹＮＣＫが与えられる。また、読出
しアドレスカウンタ２３４にはＣＰＵ２１０からリピー
ト位置信号ＲＥＰ＿ＰＯＳ、読出し開始位置信号ＦＳＴ
＿ＰＯＳ、カウント信号ＵＤが与えられる。これらの信
号はイメージリピート、イメージシフト、鏡像の機能に
使用されるもので、これらの制御信号はいずれも標準状
態であるとして説明を進める。

【００４９】間引きクロック発生部２３２は、ＣＰＵ２
１０から与えられる間引き率（倍率）データＭＡＧ＿Ｄ
ＡＴＡに従って、ＳＹＮＣＫのクロックパルス列から目
的の比率でパルスを間引いたクロックＲ＿ＳＹＮＣＫを
発生する。例えば、図１１では１／２の縮小率を実現す
るためにＳＹＮＣＫのパルスを半分間引いたＲ＿ＳＹＮ
ＣＫを発生している状態及び各部分での動作の様子を示
す。図１２では２倍の拡大率を実現するための各部分で
の動作の様子を示す。前述した主走査方向の倍率補正
は、この変倍・移動ブロック２０８での制御に間引き率
データＭＡＧ＿ＤＡＴＡとしてフィードバックされる。

【００５０】図１３はレーザビーム走査ユニット制御部
７の構成と信号の発生状態を示す。この制御部７はＣＰ
Ｕ１００によって制御される。前記画像信号処理部６か
ら転送されてきた印字データは、まず、書込みバッファ
メモリ２４１ａに格納される。このとき格納されるアド
レスは書込みアドレスカウンタ２４２がＨＤ信号がアク
ティブな期間中クロックＳＹＮＣＫをカウントすること
により制御される。また、このアドレスは水平同期信号
Ｈｓｙｎｃが入力されるごとに０にリセットされる。

【００５１】書込みバッファメモリ２４１ａに格納され
た１ライン分の印字データは、次に水平同期信号Ｈｓｙ
ｎｃが入力されると読出しバッファメモリ２４１ｂとし
て扱われる。印字データの読出しは、読出しアドレスカ
ウンタ２４３がレーザダイオード１１を発光させるため
の同期クロックＤＯＴＣＫをカウントすることにより得
られるアドレスに基づいて行われる。この読出しはＨＩ
Ａ信号がアクティブな期間に行われる。ＨＩＡ信号はＬ
Ｄ発光許可領域発生器２４７が水平同期信号Ｈｓｙｎｃ
の入力を基準として同期クロックＤＯＴＣＫをカウント
することにより発生される。

【００５２】レーザダイオード１１を発光させるための
同期クロックＤＯＴＣＫは発生器２４５で発生され、水
平周期信号Ｈｓｙｎｃは前記光センサ２１によるレーザ
ビームの検出信号に基づいて発生器２４６で発生され
る。読出しバッファメモリ２４１ｂから読み出された印
字データはＬＤ駆動回路２４４へ入力される。ＬＤ駆動
回路２４４は印字データをレーザダイオード１１の発光
特性に合わせたＬＤ発光データに変換し、レーザダイー
ド１１を変調駆動する。

【００５３】図１３（Ｂ）は印字データの書込み／読出
しのタイミングを示す。これから明らかなように、バッ
ファメモリ２４１ａへの書込みタイミングとバッファメ
モリ２４１ｂからの読出しタイミングは非同期動作であ
る。読出しタイミングは水平同期信号Ｈｓｙｎｃを基準
とし、ＣＰＵ１００によって任意に選択できる。このこ
とは、レーザビームによる感光体ドラム３１への印字位
置を主走査方向に任意に移動可能であることを意味す
る。即ち、画像が転写されるシートに対して主走査方向
の画像転写位置が移動可能である。

【００５４】次に、図１４〜図１８のフローチャートを
参照してＣＰＵ２１０の制御手順を説明する。但し、制
御手順は本発明と関連する部分のみ示す。図１４はプリ
ントスイッチがオンされてからのＣＰＵ１００による制
御手順を示す。まず、ステップＳ１でビーム径の調整が
自動的に処理され、ステップＳ２で主走査倍率の補正が
自動的に処理される。次に、ステップＳ３で前記調整及
び補正が完了したと判定すると、ステップＳ４で１ペー
ジの印字を処理する。次に、ステップＳ５で１ページの
印字が完了したと判定すると、ステップＳ６でコピー動
作回数Ｐｎがオペレータによって設定されたコピー部数
Ｐｓ以上か否かを判定し、コピー動作回数Ｐｎがコピー
部数Ｐｓよりも小さければ前記ステップＳ１へ戻り、Ｐ
ｎがＰｓと等しくなればこのサブルーチンを終了する。

【００５５】図１５は前記ステップＳ１で実行されるビ
ーム径を調整するためのサブルーチンを示す。まず、ス
テップＳ１１で主走査方向のビーム径を調整し、ステッ
プＳ１２でその完了が確認されると、ステップＳ１３で
副走査方向のビーム径を調整する。そして、ステップＳ
１４でその完了が確認されると、このサブルーチンを終
了する。

【００５６】図１６は前記ステップＳ１１，１３で実行
される主走査方向及び副走査方向のビーム径調整処理の
サブルーチンを示す。ここでは、まず、圧電素子７４又
はリニアモータ７８を駆動してコリメータレンズ１２又
はシリンドリカルレンズ１３を初期位置に戻す。ここ
で、レーザダイオードを強制発光させると共にポリゴン
ミラー１５を回転させ、ステップＳ２２でセンサ２１か
らの信号Ｓ_nを記憶する。信号Ｓ_nとはｎ回目の電流信号
Ｉａ又はＩｂの値を意味し、初期値をＳ₀とする。

【００５７】次に、ステップＳ２３で今回の信号Ｓ_nと
前回の信号Ｓ_n-1とを比較し、Ｓ_n＞Ｓ_n-1であれば、ス
テップＳ２４でレンズ１２又は１３を＋１ステップ移動
させてステップＳ２２へ戻る。＋１ステップ移動とはレ
ンズ１２又は１３をレーザダイオード１１に近づく方向
に所定量移動させることをいう。一方、Ｓ_n＞Ｓ_n-1でな
ければステップＳ２５でレンズ１２又は１３を−１ステ
ップ移動させてこのサブルーチンを終了する。−１ステ
ップ移動とはレンズ１２又は１３をレーザダイオード１
１から離れる方向に所定量移動させることをいう。以上
の処理によって感光体ドラム３１上でのビームスポット
が最小形状で焦点を合わすようにレンズ１２又は１３が
セットされる。

【００５８】なお、図１６に示したサブルーチンでは光
センサ２１のみを用いてビーム径を自動調整する方法を
示した。図５、図６、図７で説明したように、光センサ
２１，２２を用いてその平均値へレンズ１２又は１３を
移動させてもよい。

【００５９】図１７は前記ステップＳ２で実行される主
走査倍率補正の第１例のサブルーチンを示す。この第１
例は光センサ２１，２２を用いる方法である。まず、ス
テップＳ３１及びステップＳ３２でスリット２６ａを通
過したビームを光センサ２１，２２で検出する。光セン
サ２１の検出から光センサ２２の検出までの時間に基づ
いて、ステップＳ３３で現在の主走査倍率ａを演算す
る。次に、ステップＳ３４でオペレータによって設定さ
れたコピー倍率ｂをｂ／ａに変更する。

【００６０】図１８は前記ステップＳ２で実行される主
走査倍率補正の第２例のサブルーチンを示す。この第２
例は温度センサ２８を用いる方法である。まず、ステッ
プＳ４１で温度センサ２８にてレーザビーム走査ユニッ
ト１０内の温度を測定し、ステップＳ４２でこの測定値
に対応する補正倍率ａ’をＲＯＭ１０３から読み出す。
次に、ステップＳ４３でオペレータによって設定された
コピー倍率ｂをｂ×ａ’に変更する。

【００６１】なお、本発明に係るレーザビーム走査光学
装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の
範囲内で種々に変更できることは勿論である。

【図面の簡単な説明】 図面は本発明の一実施例であるレーザビーム走査ユニッ
トを備えたフルカラー複写機を示す。

【図１】フルカラー複写機の内部構成を示す立面図。

【図２】レーザビーム走査ユニットの概略構成を示す斜
視図。

【図３】光センサを示す斜視図。

【図４】光センサを示す断面図。

【図５】ビームスポット形状に対応する光センサの電流
信号を示すチャート図。

【図６】コリメータレンズの駆動部を示す断面図。

【図７】シリンドリカルレンズの駆動部を示す断面図。

【図８】複写機本体の制御回路を示すブロック図。

【図９】画像信号処理部を示すブロック図。

【図１０】変倍・移動ブロックを示すブロック図。

【図１１】１／２の縮小率を実現するため説明図で、
（Ａ）は動作を示すチャート図、（Ｂ）は動作概念図。

【図１２】２倍の拡大率を実現するため説明図で、
（Ａ）は動作を示すチャート図、（Ｂ）は動作概念図。

【図１３】レーザビーム走査ユニット制御部を示すブロ
ック図。

【図１４】ＣＰＵ１００の印字処理に関するサブルーチ
ンを示すフローチャート図。

【図１５】図１４のステップＳ１で実行されるビーム径
調整のサブルーチンを示すフローチャート図。

【図１６】図１５のステップＳ１１，１３で実行される
ビーム径調整処理のサブルーチンを示すフローチャート
図。

【図１７】図１４のステップＳ２で実行される主走査倍
率補正の第１例のサブルーチンを示すフローチャート
図。

【図１８】図１４のステップＳ２で実行される主走査倍
率補正の第２例のサブルーチンを示すフローチャート
図。

【符号の説明】

１０…レーザビーム走査ユニット １１…レーザダイオード １２…コリメータレンズ １３…シリンドリカルレンズ １５…ポリゴンミラー １６，１７…ｆθレンズ １８…シリンドリカルミラー ２１，２２…光センサ ２４…光電変換素子 ２６ａ，２６ｂ…スリット ７４…圧電素子 ７８…リニアモータ １００…ＣＰＵ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹下 健司 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタカメラ株式会社 内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像データに基づいて変調されたレーザ
   ビームを発生する光源と、 前記光源から発せられたレーザビームを偏向する偏向器
   と、 前記光源から発せられた直後のレーザビームを平行光に
   修正する第１の光学素子と、 前記第１の光学素子から射出されたレーザビームを前記
   偏向器の偏向面近傍に線状に集光する第２の光学素子
   と、 前記偏向器で偏向されたレーザビームを感光体上で結像
   させる第３の光学素子と、 主走査方向に対して直交するスリット及び傾斜するスリ
   ットと、これらのスリットを通過したレーザビームを受
   光する光電変換素子とからなり、光電変換素子が前記被
   走査面と光学的に等価な位置に設置された合焦センサ手
   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。
2. 【請求項２】 画像データに基づいて変調されたレーザ
   ビームを発生する光源と、 前記光源から発せられたレーザビームを偏向する偏向器
   と、 前記光源から発せられた直後のレーザビームを平行光に
   修正する第１の光学素子と、 前記第１の光学素子から射出されたレーザビームを前記
   偏向器の偏向面近傍に線状に集光する第２の光学素子
   と、 前記偏向器で偏向されたレーザビームを感光体上で結像
   させる第３の光学素子と、 主走査方向に対して直交するスリット及び傾斜するスリ
   ットと、これらのスリットを通過したレーザビームを受
   光する光電変換素子とからなり、光電変換素子が前記被
   走査面と光学的に等価な位置に設置された合焦センサ手
   段と、 主走査方向の焦点調整手段と、 主走査方向とは独立して副走査方向の焦点を調整する手
   段と、 主走査方向の焦点を調整した後に副走査方向の焦点を調
   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。
3. 【請求項３】 直交するスリットを通過したレーザビー
   ムを検出して主走査方向の焦点を調整し、傾斜するスリ
   ットを通過したレーザビームを検出して副走査方向の焦
   点を調整することを特徴とする請求項１又は請求項２記
   載のレーザビーム走査光学装置。
4. 【請求項４】 主走査方向の焦点調整手段は、第１の光
   学素子を光軸上で移動させる移動部材を含み、 副走査方向の焦点調整手段は、第２の光学素子を光軸上
   で移動させる移動手段を含む、 ことを特徴とする請求項２記載のレーザビーム走査光学
   装置。