JP2006259098A

JP2006259098A - 光走査装置

Info

Publication number: JP2006259098A
Application number: JP2005075009A
Authority: JP
Inventors: Naohiro Tada; 直弘多田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2006-09-28
Also published as: US20060209372A1

Abstract

【課題】面発光レーザの光量検出精度を向上させ、アライメント調整を行っても、受光素子における光量検出精度が低下しない光走査装置を提供する。
【解決手段】アパーチャ１６でビームを整形したのちにビーム分離手段であるハーフミラー１８を配置したので、各ビームの広がり角にバラツキがあっても、受光素子２０に向かう光量と露光に用いられるビームの光量との比率は一定であり、ビーム間光量差は発生しない。また、アライメント調整（ＸＹθ：座標と角度）を行っても面発光レーザ１２と受光素子２０との位置関係は不変なので、光量検出精度が劣化することはない。また、面発光レーザ１２と受光素子２０とを同一の回路基板３０上に設けたことにより、受光素子２０での検出信号を回路基板３０にフィードバックする際、ハーネスが介在しないのでハーネスで外部からノイズを拾ってしまう危険性がない。
【選択図】図１

Description

本発明は光走査装置に関し、特に面発光レーザを光源として感光面上に画像を形成する光走査装置に関する。

レーザビームを回転多面鏡などの偏向手段で偏向し、感光体ドラム上を走査露光する光走査装置において、光源として面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いたものがある。しかし、面発光レーザを使用した光走査装置は、以下に示すような問題点を抱えている。

すなわち面発光レーザは端面出射型の半導体レーザのように後方射出光が生じないので、使用光となる前方射出光が通過する光学系内にビーム分離手段を挿入し、このビーム分離手段（スプリッタ）で前方射出レーザ光の一部を分岐させて、モニター光とすることが考えられている。

このときビーム分離手段の位置は、ＶＣＳＥＬ〜コリメータレンズ、コリメータレンズ〜アパーチャ間、アパーチャ表面に配置してあるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、アパーチャより手前にビーム分離手段を配置する場合、各ビームの広がり角にバラツキがあると、反射ビームが受光素子に向かう光量とアパーチャを通過したビームの光量との比率が変動し、ビーム間光量差が発生してしまう。

さらに、面発光レーザは駆動電流を増大させていくと、最初はシングルモードで発光するが、次第にマルチモードに変化していくので、レーザのプロファイルが変化する。また、シングルモードの領域でも発振閾値電流値付近では広がり角度が広く、駆動電流を増大させると次第に広がり角度が小さくなっていくという挙動がある。

このため、例えば、図７に示すように、ビームスプリッタとしてのハーフミラー６４の後にアパーチャ６６を設けて感光体ドラムに向かう面発光レーザ７０のビーム径を整形すると、駆動電流の変化によってもアパーチャ６６によるビームのケラレ量が変動する。

従って、ハーフミラー６４で反射されて受光素子６８に向かうレーザビームの光量とハーフミラー６４を通過しアパーチャ６６でビーム径が整形されて感光体ドラムに到達するレーザビームの光量との比率が、ビームの広がり角バラツキや駆動電流によって異なり正確な光量制御ができない。

そこでアパーチャ後にビーム分離手段を配置している構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、これはビーム間光量差については抑制することができるが、面発光レーザ回路基板と受光素子が別体で構成されているため、受光素子での検出信号をハーネスを介して面発光レーザ回路基板にフィードバックしている。この構成ではハーネスで外部からノイズを拾ってしまう危険性があり、受光素子で検出した信号を正確にフィードバックできない可能性がある。

そこでハーネスを介在しない構成として面発光レーザ回路基板に受光素子を設置したもの（例えば、前記特許文献１参照）や、面発光レーザと受光素子を同一パッケージにしたものがある（例えば、特許文献３参照）。

しかし、特許文献１は上記で説明したようにハーネスでノイズを拾うことはないが各ビームの広がり角にバラツキがあるとビーム間光量差が発生してしまい正確な光量制御ができない。また特許文献３では各ビームと受光素子が１対１の関係で構成されているため受光素子の数が多く、また受光素子は発光点間の非常に狭い隙間に設けてあるので、光学系のアライメント調整を行うと受光素子に向かうビームが外れてしまう恐れがあり、その調整は非常に困難である。
特開平０６ ― ３１９８０号公報特開２００２ ―４０３５０号公報特開平１０ ―１００４７６号公報

本発明は上記事実を考慮し、面発光レーザの光量検出精度を向上させ、アライメント調整を行っても受光素子におけるレーザビームの光量検出精度が低下しない光走査装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の光走査装置は、面発光レーザから射出され、アパーチャで整形されコリメータレンズでコリメートされたレーザビームを光偏向器で偏向して被走査面を走査露光すると共に、前記レーザビームの一部をビーム分離手段で反射し受光素子で光量を検出する光走査装置において、前記受光素子を前記面発光レーザと同一回路基板上に設けたことを特徴とする。

上記構成の発明では、アパーチャで整形されコリメータレンズでコリメートされたレーザビームを測光する受光素子を面発光レーザと同一回路基板上に設けたことで、光量検出精度を向上させ、アライメント調整を行っても受光素子におけるレーザビームの光量検出精度が低下しない。

請求項２に記載の光走査装置は、面発光レーザから射出され、アパーチャで整形されコリメータレンズでコリメートされたレーザビームを光偏向器で偏向して被走査面を走査露光すると共に、前記レーザビームの一部をビーム分離手段で反射し受光素子で光量を検出する光走査装置において、前記受光素子を前記面発光レーザと同一パッケージ上に設けたことを特徴とする。

上記構成の発明では、アパーチャで整形されコリメータレンズでコリメートされたレーザビームを測光する受光素子を面発光レーザと同一パッケージ上に設けたことで、光量検出精度を向上させ、アライメント調整を行っても受光素子におけるレーザビームの光量検出精度が低下しない。

請求項３に記載の光走査装置は、前記ビーム分離手段で反射されたレーザビームは前記コリメータレンズに再度入射し前記受光素子にて光量検出されることを特徴とする。

上記構成の発明では、ビーム分離手段で反射されたレーザビームをコリメータレンズに再度入射させることで、集光レンズを減らし単純な構成の光学系とすることができる。

請求項４に記載の光走査装置は、前記ビーム分離手段は前記アパーチャと一体的に形成され、前記レーザビームの一部は前記アパーチャの開口部で反射し受光素子で光量を検出されることを特徴とする。

上記構成の発明では、ビーム分離手段をアパーチャと一体的に形成することで、ビーム分離手段とアパーチャの位置精度を高く保ち、また部品点数を減らすことができる。

請求項５に記載の光走査装置は、前記アパーチャは開口部以外の入射側領域が反射防止マスク処理されていることを特徴とする。

上記構成の発明では、アパーチャは開口部以外の入射側領域を反射防止マスク処理して形成したことにより、分離手段とアパーチャの位置精度を高く保ち、また部品点数を減らすことができる。

請求項６に記載の光走査装置は、前記アパーチャ及び前記ビーム分離手段が光軸に対して傾斜していることを特徴とする。

上記構成の発明では、面発光レーザから発せられ走査露光に用いられるビームの光軸がアパーチャ及びビーム分離手段以降の光学系に対してずれていないため、良好な光学性能を持たせることができる。

本発明は上記構成としたので、面発光レーザの光量検出精度を向上させ、アライメント調整を行っても受光素子におけるレーザビームの光量検出精度が低下しない光走査装置とすることができた。

（光走査装置の概要）
図１および図２には本発明の第１実施形態に係る光走査装置の構成が示されている。

図１に示すように、第１形態に係る光走査装置１０は、面発光レーザ１２（ＶＣＳＥＬ）が光源として使用されている。

この面発光レーザ１２は、レーザビームを光電変換し出力制御を行うための信号を出力する受光素子（ＭＰＤ：MonitorPhotoDiode）２０と共に同一の基板３０上に設けられている。

この面発光レーザ１２から射出されたレーザビームは、コリメータレンズ１４によって平行光化（コリメート）された後、ハーフミラー１８へ向かう前にアパーチャ１６によってビーム径が整形される。

アパーチャ１６は、図１および図２に示すように、コリメータレンズ１４の像側焦点位置に配置されており、面発光レーザ１２から平行に射出された複数のレーザビームが、アパーチャ１６の位置で交差する。このため、複数のレーザビームを１つのアパーチャ１６で等価に整形することができる。

このアパーチャ１６によってビーム径が整形されたレーザビームは、ハーフミラー１８によって反射され、レーザビームの強度を検出する受光素子２０へ向かうレーザビームと、ハーフミラー１８を透過しシリンドリカルレンズ２２によって副走査方向に絞り込まれ回転多面鏡２４の反射面へ入射するレーザビームに分離される。

回転多面鏡２４に入射したレーザビームは回転に伴って偏向され、結像レンズ２６（ｆθレンズ）で感光体ドラム２８の上にスポット像が結像され、画像情報に応じた静電潜像が感光体ドラム２８の上に形成される。

また、走査線上の走査開始側の画像範囲外には反射ミラー３２が配置されており、この反射ミラー３２で反射されたレーザビームはＳＯＳセンサ３４で検出され主走査方向の画像書き込みタイミングが制御される。

一方、ハーフミラー１８で反射され、ミラー３６で更に回路基板３０方向へ反射され受光素子２０へ入射するレーザビームの光量は受光素子２０で光電変換され出力信号として回路基板３０に伝達される。受光素子２０で光電変換されたレーザビームの光出力信号が回路基板３０に設けられた図示しない制御部に入力されると、制御部では面発光レーザ１２が所定の出力となるように駆動電流を制御する。

本形態では、光源として面発光レーザ１２を使用しているために、駆動電流の変化によって面発光レーザ１２から射出するビームの広がり角度やプロファイルが変化する。

また前述のようにアパーチャより手前にビーム分離手段を配置すると、各ビームの広がり角にバラツキがある場合、反射ビームが受光素子に向かう光量とアパーチャを通過したビームの光量との比率が変動し、ビーム間光量差が発生してしまう。

しかし、ハーフミラー１８の前にアパーチャ１６を配置することで、アパーチャ１６によるケラレの影響は、感光体ドラム２８へ向かうレーザビームと、受光素子２０へ向かうレーザビームの両方に同様に現れるので、感光体ドラム２８上と受光素子２０上の光量のリニアリテイが広がり角度の変動の影響を受けることがなくなる。

さらに、面発光レーザ１２の回路基板３０と受光素子１２が別体で構成されていると受光素子１２での検出信号をハーネスを介して面発光レーザ１２の回路基板３０にフィードバックすることになる。この構成ではハーネスでノイズを拾ってしまい検出信号を正確にフィードバックできない。そこで本形態ではハーネスを介在しない構成として面発光レーザ１２と受光素子２０とを一つの回路基板３０上に設置した。

なお、アパーチャ１６の位置で交差した複数のレーザビームは、その後徐々に離れていくため、受光素子２０上では複数のレーザビームの位置がズレるので、受光素子２０の受光面積は複数のビーム径より大きい方が望ましい。また、図２に示すように、ハーフミラー１８と受光素子２０との間に集光レンズ３８を入れることで、受光素子２０の受光面積を小さくすることができる。

本実施形態は上記の構成とすることにより、アパーチャ１６でビームを整形したのちにビーム分離手段であるハーフミラー１８を配置したので、各ビームの広がり角にバラツキがあっても、ハーフミラー１８で反射した反射ビームが受光素子２０に向かう光量とアパーチャ１６を通過し露光に用いられるビームの光量との比率は一定であり、ビーム間光量差は発生しない。また、アライメント調整（ＸＹθ：座標と角度）を行っても面発光レーザ１２と受光素子２０との位置関係は不変なので、面発光レーザ１２の光量検出精度が劣化することはない。

また、面発光レーザ１２と受光素子２０とを同一の回路基板３０上に設けたことにより、受光素子２０での検出信号をハーネスを介して面発光レーザ１２の回路基板３０にフィードバックする際、ハーネスが介在しないのでハーネスで外部からノイズを拾ってしまう危険性がなく、受光素子２０で検出した信号を正確に面発光レーザ１２にフィードバックできる。

図３には本発明の第２実施形態に係る光走査装置の光源部分が示されている。

図３に示すように、第２形態に係る光走査装置の面発光レーザ１２から射出されたレーザビームは、コリメータレンズ１４によって平行光化（コリメート）された後、ハーフミラー１８へ向かう前にアパーチャ１６によってビーム径が整形される。

アパーチャ１６は、図３に示すように、コリメータレンズ１４の像側焦点位置に配置されており、面発光レーザ１２から平行に射出された複数のレーザビームが、アパーチャ１６の位置で交差する。このため、複数のレーザビームを１つのアパーチャ１６で等価に整形することができるのは第１実施形態と同様である。

また、このアパーチャ１６によってビーム径が整形されたレーザビームは、ハーフミラー１８によって反射され、レーザビームの強度を検出する受光素子２０へ向かうレーザビームと、ハーフミラー１８を透過しシリンドリカルレンズ２２によって副走査方向に絞り込まれ回転多面鏡２４の反射面へ入射するレーザビームに分離される。

本実施形態においては、一方、ハーフミラー１８で反射され、更に回路基板３０方向へ反射され受光素子２０へ入射するレーザビームを、ミラー３６で反射する際にコリメータレンズ１４を再度通過させ、集光レンズ３８を省略した光学系となっている。

本実施形態は上記の構成とすることにより、集光レンズ３８を省略し、より単純で部品点数の少ない光学系とすることができるので、小型化・低コスト化することができる。

図４には本発明の第３実施形態に係る光走査装置の光源部分が示されている。

図４に示すように、第２形態に係る光走査装置の面発光レーザ１２から射出されたレーザビームは、コリメータレンズ１４によって平行光化（コリメート）された後、ハーフミラーとアパーチャを一体化したビームスプリッタ１７によってビーム径が整形される。

ビームスプリッタ１７は、図４に示すように、コリメータレンズ１４の像側焦点位置に配置されており、面発光レーザ１２から平行に射出された複数のレーザビームが、ビームスプリッタ１７の入射側に設けられたアパーチャ１９の開口部１７Ａの位置で交差する。

図４（ｃ）に示す開口部１７Ａは第１・第２実施形態のハーフミラー１８と同様、入射したビームの一部を反射し、一部を透過する。このため、第１実施形態と同様に複数のレーザビームを１つのビームスプリッタ１７で等価に整形することができる。

入射されたレーザビームは、ハーフミラーとアパーチャを一体化したビームスプリッタ１７の入射側に設けられたアパーチャ１９の開口部１７Ａによって一部反射され、レーザビームの強度を検出する受光素子２０へ向かうレーザビームと、開口部１７Ａを透過しシリンドリカルレンズ２２によって副走査方向に絞り込まれ回転多面鏡２４の反射面へ入射するレーザビームに分離される。

本実施形態は上記の構成とすることにより、ビームスプリッタとしてハーフミラーとアパーチャを一体化し、より単純で部品点数の少ない光学系とすることができるので、小型化・低コスト化することができる。またハーフミラーとアパーチャとを一体化したことで両者の位置関係が変化する恐れがなくなり、より長期間にわたって正確にビームを整形・分離できる。

図５には本発明の第４実施形態に係る光走査装置のビームスプリッタが示されている。

図５に示すように、第４形態に係るビームスプリッタ１７は、ハーフミラーの入射面側の一部を開口部１７Ａとして残し、その周囲の表面を反射防止マスク処理されている。

本実施形態は上記の構成とすることにより、ビームスプリッタとしてハーフミラーとアパーチャを一体化した第３実施形態に比較して、より単純で部品点数の少ない光学系とすることできるので、さらに低コスト化することができる。またハーフミラーとアパーチャとを一体化したことで両者の位置関係が変化する恐れがなくなり、より長期間にわたって正確にビームを整形・分離できる。

図６には本発明の第５実施形態に係る光走査装置の光源部分が示されている。

図６に示すように、第５形態に係る光走査装置の面発光レーザ１２から射出されたレーザビームは、コリメータレンズ１４によって平行光化（コリメート）された後、ハーフミラー１８へ向かう前にアパーチャ１６によってビーム径が整形される。

本発明の第１形態に係る光走査装置を示す斜視図である。本発明の第１形態に係る光走査装置の光路図である。本発明に係る光走査装置のビーム合成の原理を示す図である。本発明の第１形態に係る光走査装置の偏光板を示す図である。本発明の第２形態に係る光走査装置の偏光板を示す図である。本発明の第１形態に係る偏光板の効果を示す図である。従来の光走査装置における絞りとハーフミラーの関係を示す図である。

符号の説明

１０光走査装置
１２面発光レーザ
１４コリメータレンズ
１６アパチャー
１８ハーフミラー（ビーム分離手段）
２０受光素子
３６ミラー
３８集光レンズ

Claims

面発光レーザから射出され、アパーチャで整形されコリメータレンズでコリメートされたレーザビームを光偏向器で偏向して被走査面を走査露光すると共に、前記レーザビームの一部をビーム分離手段で反射し受光素子で光量を検出する光走査装置において、
前記受光素子を前記面発光レーザと同一回路基板上に設けたことを特徴とする光走査装置。
面発光レーザから射出され、アパーチャで整形されコリメータレンズでコリメートされたレーザビームを光偏向器で偏向して被走査面を走査露光すると共に、前記レーザビームの一部をビーム分離手段で反射し受光素子で光量を検出する光走査装置において、
前記受光素子を前記面発光レーザと同一パッケージ上に設けたことを特徴とする光走査装置。
前記ビーム分離手段で反射されたレーザビームは前記コリメータレンズに再度入射し前記受光素子にて光量検出されることを特徴とする請求項１乃至請求項２の何れかに記載の光走査装置。
前記ビーム分離手段は前記アパーチャと一体的に形成され、前記レーザビームの一部は前記アパーチャの開口部で反射し受光素子で光量を検出されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の光走査装置。
前記アパーチャは開口部以外の入射側領域が反射防止マスク処理されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の光走査装置。
前記アパーチャ及び前記ビーム分離手段が光軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の光走査装置。