JP2005274678A

JP2005274678A - 光学走査装置

Info

Publication number: JP2005274678A
Application number: JP2004084493A
Authority: JP
Inventors: Junichi Ichikawa; 順一市川
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】コンパクトさを維持しつつ、光学系の性能を確保し、光学走査装置本来のアライメントと光検出手段のアライメントを両立する。
【解決手段】多数の発光点を一列に配置したＶＣＳＥＬ光源部２６と、複数の発光点から出射した複数のレーザビームＬＢを受光する単一の光センサ２８とが同一基板３０上に形成されたモニタ付き光源１２と、コリメートレンズ１４、ハーフミラー１６、ポリゴンミラー前方レンズ、ポリゴンミラー、ポリゴンミラー後方レンズ、及び感光体が順に配置された光学走査装置において、ハーフミラー１６を透過したレーザビームＬＢは、感光体の露光に用いられ、一方、ハーフミラー１６で反射されたレーザビームＬＢは、再びコリメートレンズ１４によって光センサ２８上に集光される。光センサ２８は、単一で、ＶＣＳＥＬ光源部２６から出射された複数のレーザビームＬＢを全て受光する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光学走査装置に関する。

面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、端面発光レーザとは異なり、裏面出射するビーム（所謂バックビーム）が出ないため、出射光の一部をハーフミラー等で分離し、分離されたビームを光検出手段に導いて光量を検出する必要がある。

その方法としては、特許文献１に記載の方法がある。

多数の構成においては、光源からのビームをハーフミラー等で分離し、独立した光路を経由してビームが光検出器に到達するが、例えば、特許文献１の装置では、ハーフミラーで分離したビームが再度コリメータレンズを通過して、光源と同じパッケージ内に光源と同数設けられた光センサにビームが入射する構成となっている。

他の先行技術では、ハーフミラーによって分離されたビームを光センサ上に集光させるレンズが別途必要となるが、特許文献１の装置では光センサに集光させるレンズをコリメートレンズが兼ねるため、部品点数が少なくなり、コンパクトにできるというメリットがある。

また、ハーフミラーの折り返し角度が微小になるため、面発光レーザ特有の課題である偏向方向不安定性によるハーフミラー反射率変動が発生しないという利点もある。
特開平１０−１００４７６号公報

しかしながら、上記特許文献１の装置では、光源と同数の光検主器を用いるため以下のような問題点がある。
（１）光センサを発光点に隣接させて配置させている。

光学走査装置に用いられる複数発光点の間隔は数１０μｍ〜１００μｍ程度で用いられることが多いが、その微小な間隔の間にフォトダイオードを精度良く配置することは実装上困難であり、発光点の間隔を従来よりも大きくしないと構成できず、発光点間隔を大きくすると、発光点と光軸との距離が大きくなるため、光学系の性能確保が難しくなる。
（２）光センサの受光面積が小さい。

光センサの受光面積が小さいため、ビームが確実に受光面に入射させるためにはコリメートレンズやハーフミラーの形状、位置精度を厳しくしなければならない。

しかし、光学走査装置では、ビームのアライメントはハーフミラー後に配置されるポリゴンミラーや折り返しミラーを狙って調整されることが一般的なため、本来のアライメントと光センサへのアライメントが両立しない虞がある。

そのアライメントずれを許容するために受光面積を大きくすると、上記問題点（１）で述べた問題が大きくなる。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、従来装置のコンパクトさを維持したまま、上記問題点を解決することのできる光学走査装置の提供を目的とする。

請求項１に記載の光学走査装置は、光ビームを出射する発光点を複数備えると共に、複数の前記発光点から出射した複数の光ビームを受光する単一の光検出手段を備えたベース部材と、複数の前記発光点から出射された複数の前記光ビームの光路上に位置し、かつ複数の前記光ビームを略平行光とするように構成および配置された光学手段と、複数の前記光ビームで露光される被走査媒体と、前記光学手段を経た複数の前記光ビームの経路上に位置し、かつ複数の前記光ビームが前記被走査媒体の両端間を走査するように構成および配置された走査手段と、前記光学手段と前記走査手段との間に配置され、前記光ビームの一部分を透過すると共に残りの一部分を反射し、透過した一部分を前記走査手段に投射させると共に、反射した残りの一部を前記光学手段を経て前記単一の光検出手段に返送する機能をもつビーム返送部材と、を含むことを特徴としている。

次に、請求項１に記載の光学走査装置の作用を説明する。

請求項１に記載の光学走査装置では、複数の発光点の各々から出射された光ビームが、光学系により略平行光とされ、ビーム返送部材に入射する。

ビーム返送部材では、光ビームの一部分が透過すると共に、残りの一部分が反射し、透過した一部分が走査手段に投射される。

走査手段は、投射された光ビームを被走査媒体に走査し、露光を行う。

一方、ビーム返送部材で反射された複数の光ビームは、単一の光検出手段に返送される。

光検出手段で光ビームをモニタすることで、被走査媒体に照射される光ビームの強度を調整することが可能となる。

また、本発明の光学走査装置に用いた光検出手段は、単一で、複数の発光点から出射した複数の光ビームを受光するように構成されているので、例えば、ビーム径に合わせた微小なフォトダイオードを精度良く複数配置する場合に比較して構造が簡単になる。

また、光検出のために発光点の間隔を広くとる必要がないので、発光点と光学手段の光軸との距離が小さくて済み、光学手段の性能確保が容易になる。

さらに、複数の光ビームを受光するように構成されている光検出手段は、受光面積が大きいため、コリメートレンズやハーフミラーの形状、位置は、ビーム径に合わせた微小なフォトダイオードを複数配置した従来例に対して精度はそれほど要求されず、調整等が容易になると共に、ハーフミラー後に配置されるポリゴンミラーや折り返しミラーを狙って行うビームのアライメント調整と、光検出手段へ入射させる光ビームの調整とが両立可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の光学走査装置において、前記ビーム返送部材と前記光学手段との距離は、光学手段の焦点距離以下とされる、ことを特徴としている。

次に、請求項２に記載の光学走査装置の作用を説明する。

ビーム返送部材と光学手段との距離を、光学手段の焦点距離以下に設定することで、ビーム返送部材で反射されて光検出手段に向かう光ビームを、光学手段の光軸側に寄せることができ、光学手段のサイズを小さくすることが出来る。

請求項３に記載の発明は、請求項１記載または請求項２に記載の光学走査装置において、前記単一の光検出手段は、前記ビーム返送部材によって返送された全てのビームを受光できる大きさの検出面を有し、かつ、その検出面は前記光源の発光点に対して、その配列の長手方向に対して側方に配置される、ことを特徴としている。

次に、請求項３に記載の光学走査装置の作用を説明する。

例えば、複数の発光点を一方向に並べた場合、光検出手段の検出面は発光点の配列に合わせて一方向に沿って長い長尺形状となる。

したがって、一列に並んだ発光点と、長尺形状の検出面を直列に配置すると、一方向に長いベース部材が必要となる。

請求項３に記載の光学走査装置においては、検出面が複数の発光点に対して、その配列の長手方向に対して側方に配置される、即ち、一列に並んだ発光点と、長尺形状の検出面とは並列になるので、ベース部材の全長が抑えられ、装置をコンパクトにまとめることが可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の光学走査装置において、前記光学手段はコリメートレンズを備え、前記発光点から出射した光ビームは前記コリメートレンズの光軸付近を通り、前記ビーム返送部材で返送された光ビームは前記コリメートレンズの外周側を通る、ことを特徴としている。

次に、請求項４に記載の光学走査装置の作用を説明する。

発光点から出射した光ビームをコリメートレンズの光軸付近を通すことで、画像形成に必要な光ビームはコリメートレンズの中でも性能の良い部分を用いることができる。

なお、ビーム返送部材で返送されて光検出手段に向かう光ビームは、光量検出に用いるだけであり、光検出手段に照射されれば良く、コリメートレンズの機能としては集光するだけで良く、特に性能の良い部分を用いる必要はない。

以上、説明したように、本発明によれば、面発光レーザのように、出射されたビームの一部を分離して光検出手段にビームを導いて光量を制御する必要がある光学走査装置において、従来技術よりもコンパクト、かつ簡単な構成で光量を検出することができるようになる。

［第１の実施形態］
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態に係る光学走査装置１０を詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態の光学走査装置１０は、モニタ付き光源１２、コリメートレンズ１４、ハーフミラー１６、ポリゴンミラー前方レンズ１８、ポリゴンミラー２０、ポリゴンミラー後方レンズ２２および感光体２４を備えている。

図２（Ａ）に示すように、モニタ付き光源１２は、多数（本実施形態では４個）の発光点２６Ａを一列に配置したＶＣＳＥＬ光源部２６と、複数の発光点２６Ａから出射した複数のレーザビームＬＢを受光する単一の光センサ２８とが同一基板３０上に形成されている。

光センサ２８は、単一の受光面を有し、出射された全てのレーザビームＬＢ（一列。点線の丸で図示）を受光できる大きさに設定されており、本実施形態では受光面が長方形に形成されており、複数の発光点２６Ａと直列に配置されている。

図３に示すように、ＶＣＳＥＬ光源部２６から出射された複数のレーザビームＬＢ（図面には、光軸のみ図示。また、各ビームは発散光である。）は、コリメートレンズ１４で略平行光とされる。

各レーザビームＬＢの光軸は、コリメートレンズ１４の焦点位置で交差するようになる。

コリメートレンズ１４の焦点位置には、レーザビームＬＢの一部を反射するハーフミラー１６が配置されている。

図１に示すように、ハーフミラー１６を透過したレーザビームＬＢは、ポリゴンミラー前方レンズ１８、ポリゴンミラー２０、ポリゴンミラー後方レンズ２２を介して感光体２４の露光に用いられる。

一方、ハーフミラー１６で反射されたレーザビームＬＢは、再びコリメートレンズ１４によって光センサ２８上に集光される（なお、複数ビームの光軸間は平行となる。）。
（作用）
次に、本実施形態の光学走査装置１０の作用を説明する。

この光学走査装置１０では、ＶＣＳＥＬ光源部２６の複数の発光点２６Ａから出射されたレーザビームＬＢ（発散光）が、コリメートレンズ１４により略平行光とされ、ハーフミラー１６に入射する。

ハーフミラー１６を透過したレーザビームＬＢは、ポリゴンミラー前方レンズ１８、ポリゴンミラー２０、ポリゴンミラー後方レンズ２２を介して感光体２４に投射される。

レーザビームＬＢは、ポリゴンミラー２０によって感光体２４上を走査される。

一方、ハーフミラー１６で反射されたレーザビームＬＢは、単一の光センサ２８に返送され、光量制御に用いられる。

光センサ２８は、単一で、複数の発光点２６Ａから出射された複数のレーザビームＬＢを全て受光するので、例えば、ビーム径に合わせた微小なフォトダイオードを精度良く複数配置する従来装置に比較して構造を簡略化できる。

また、光検出のために発光点２６Ａの間隔を広くとる必要がないので、発光点２６Ａから出射されたレーザビームＬＢをコリメートレンズ１４の光軸に接近させることができ、コリメートレンズ１４の光学性能の良い中心部が使用できるため、コリメートレンズ１４の性能確保が容易になる。

さらに、光センサ２８は、受光面積が大きく設定されているため、コリメートレンズ１４やハーフミラー１６の形状、位置は、ビーム径に合わせた微小なフォトダイオードを複数配置した従来例に対して精度はそれほど要求されず、調整等が容易になると共に、ハーフミラー後に配置されるポリゴンミラー２０等を狙って行うビームのアライメント調整と、光センサ２８へ入射させるレーザビームＬＢの調整とが両立可能となる。

なお、ハーフミラー１６の位置は、コリメートレンズ１４の焦点位置に限られることは無く、図４に示すように焦点位置よりもコリメートレンズ１４に近づけたり、図５に示すように遠ざけても構わない。

しかしながら、図５を見ると分かるように、ハーフミラー１６をコリメートレンズ１４の焦点位置よりも遠ざけると、ハーフミラー１６によって反射されたビームがコリメートレンズ１４の外端側に寄ってしまい（図３対比）、さらに複数ビーム間の距離が広がるため、レンズ開口によるケラレを防止するためにコリメートレンズ１４を大きくしなければならず、コリメートレンズ１４の大きさという点からは、図４に示すようにハーフミラー１６の配置位置はコリメートレンズ１４の焦点位置よりもコリメートレンズ側（焦点位置も含む）に配置した方がよく、さらにはコリメートレンズ１４とハーフミラー１６の距離はコリメートレンズ１４の焦点距離の約１／２が良い（コリメートレンズ１４のところでビームが交差するのでレンズ面使用範囲が最小となる）。即ち、図４の配置では、コリメートレンズ１４を小型化できる。
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。なお、第１の実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。

図６は、図３の発展形であるが、図６のようにハーフミラー１６を、反射面がコリメートレンズ１４を透過するレーザビームＬＢの光軸に対して９０°と異なる角度に設定して配置すると、ＶＣＳＥＬ光源部２６からの出射光をコリメートレンズ１４の光軸中心に配置することが出来、図３，４，５のようなコリメートレンズ１４の光軸外を用いるよりも収差を減らすことができる（感光体２４に対して）、あるいは、レンズ設計に対する制約を緩くすることができる。

なお、光センサ２８に戻るレーザビームＬＢに対しては、コリメートレンズ１４の機能はビームを集光するだけなので、結像性能はそれほど考慮する必要はなく、図２のように、ＶＣＳＥＬ光源部２６から出射されるレーザビームＬＢと、光センサ２８へ戻るレーザビームＬＢとが、コリメートレンズ１４の対称位置を通過させる必要はない。

本発明の構成の場合、ＶＣＳＥＬ光源部２６と光センサ２８の（中心間）距離Ｓは近い方が望ましい。

この距離Ｓが長いと、コリメートレンズ面の使用範囲が大きくなるため、コリメートレンズ１４を大きくする必要がある。
［第３の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。なお、前述した実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。

図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示した４つの発光点２６Ａが１列に配置されたＶＣＳＥＬ光源部２６に対して、光センサ２８を並列に配置した場合を示したものである。

図２（Ｂ）から明らかなように、並列に配置した方が、ＶＣＳＥＬ光源部２６と光センサ２８の距離Ｓを短くすることが出来る。

この距離Ｓが短くなることにより、コリメートレンズ１４のサイズだけでなく、ＶＣＳＥＬ光源部２６と光センサ２８が取り付けられている基板３０のサイズも小さくすることができるので、構成をよりコンパクトにすることができる。

なお、ここでは１列に配置された発光点２６Ａで説明したが、発光点２６Ａが二次元（例えば、マトリクス状）に配置されていても、その長手方向に対して並列な位置に光センサ２８を配置すれば本発明の効果が得られることは言うまでもない。

実施形態に係る光学走査装置の概略構成図である。（Ａ）は第１の実施形態に係る光学走査装置のモニタ付き光源の平面図であり、（Ｂ）は第３の実施形態に係る光学走査装置のモニタ付き光源の平面図である。モニタ付き光源からハーフミラーまでの間の光学系の側面図である。モニタ付き光源からハーフミラーまでの間の光学系の側面図である。モニタ付き光源からハーフミラーまでの間の光学系の側面図である。第２の実施形態に係る光学走査装置のモニタ付き光源からハーフミラーまでの間の光学系の側面図である。

符号の説明

１０光学走査装置
１４コリメートレンズ（光学手段）
１６ハーフミラー（ビーム返送部材）
２０ポリゴンミラー（走査手段）
２４感光体（被走査媒体）
２６Ａ発光点
２８光センサ（光検出手段）
３０基板（ベース部材）

Claims

光ビームを出射する発光点を複数備えると共に、複数の前記発光点から出射した複数の光ビームを受光する単一の光検出手段を備えたベース部材と、
複数の前記発光点から出射された複数の前記光ビームの光路上に位置し、かつ複数の前記光ビームを略平行光とするように構成および配置された光学手段と、
複数の前記光ビームで露光される被走査媒体と、
前記光学手段を経た複数の前記光ビームの経路上に位置し、かつ複数の前記光ビームが前記被走査媒体の両端間を走査するように構成および配置された走査手段と、
前記光学手段と前記走査手段との間に配置され、前記光ビームの一部分を透過すると共に残りの一部分を反射し、透過した一部分を前記走査手段に投射させると共に、反射した残りの一部を前記光学手段を経て前記単一の光検出手段に返送する機能をもつビーム返送部材と、
を含むことを特徴とする光学走査装置。
前記ビーム返送部材と前記光学手段との距離は、光学手段の焦点距離以下とされる、ことを特徴とする請求項１記載の光学走査装置。
前記単一の光検出手段は、前記ビーム返送部材によって返送された全てのビームを受光できる大きさの検出面を有し、かつ、その検出面は前記光源の発光点に対して、その配列の長手方向に対して側方に配置される、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学走査装置。
前記光学手段はコリメートレンズを備え、
前記発光点から出射した光ビームは前記コリメートレンズの光軸付近を通り、前記ビーム返送部材で返送された光ビームは前記コリメートレンズの外周側を通る、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の光学走査装置。