JP2007133385A - 光学走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、コストアップを抑制でき、安定した光量のモニタに必要な時間を確保でき、システム上の矛盾も回避できる光学走査装置を提供することを目的とする。
【解決する手段】本発明に係る光学走査装置の代表的な構成は、レーザ光源ユニット１と、レーザ光源ユニット１から出射するレーザ光を偏向走査する偏向走査器（回転多面鏡４と偏向器４Ｒ）と、レーザ光源ユニット１と偏向走査器との間に設けられ、レーザ光源ユニット１から出射するレーザ光の一部を偏向する偏向部材と、レーザ光源ユニット１から出射するレーザ光を受光する１つの受光センサ５と、を有する光学走査装置において、１つの受光センサ５は、偏向走査器に入射する前に偏向部材によって偏向するレーザ光と、偏向走査器によって偏向走査するレーザ光と、の両方を受光することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ光を走査して感光体を露光する光学走査装置に関するものである。

レーザビームを回転多面鏡で偏向し、感光体ドラム上を露光走査する光学走査装置に、光源として垂直共振器型レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：以下、ＶＣＳＥＬという）を用いたものがある。しかし、ＶＣＳＥＬを使用した光学走査装置は、以下に示すような問題点を抱えている。

ＶＣＳＥＬは、端面発光型の半導体レーザのように後方出射光を出射しない。したがって、後方出射光をセンサに照射し、その光量をモニタすることができない。そのため、使用光となる前方出射光の一部を分岐させるなどして前方出射光を何らかのかたちでセンサに照射し、モニタ光とすることが考えられている。

特許文献１に記載の技術では、ＶＣＳＥＬの温度特性上、アパーチャ通過後にモニタ光の分岐が行なわれるようにしている。また、特許文献２に記載の技術では、偏向走査する使用光を受光して走査開始タイミングを検知する書き出しセンサが設けられており、この書き出しセンサが使用光に基づいて光量もモニタする。

特開２００２−０４０３５０号公報 特開平０９−２３０２５９号公報

しかしながら、特許文献１（特開２００２−０４０３５０号公報）に示される光学走査装置では、光源から出射されたレーザ光を分岐させることにより光量がロスしてしまう。また、分岐のための光学素子を必要とし、センサも書き出しセンサとは別個に設けられることにより、コストアップが生じる。

また、特許文献２（特開平０９−２３０２５９号公報）では、書き出しセンサにレーザ光が照射される時間が短く、安定した光量のモニタに必要な時間を確保することが困難である。

近年、光学走査装置の高速化や光源のマルチビーム化が進んでおり、ますます短くなる照射時間内に複数回の光量モニタを行なう必要性が高まっている。

また、偏向走査器がある所定の角度位置の時しか光量をモニタできないので、光学走査装置の起動時に角度位置がずれていると光源の光量制御に入ることができない。

そして、偏向走査器の回転速度制御において書き出しセンサからの周期パルスを用いる方式においては、先ず偏向走査器の回転速度制御を行なってから光量制御を行なう。しかし、光量制御を行なう前のレーザ光が書き出しセンサの感度より弱い等の理由によって、偏向走査器の回転速度制御ができず、偏向走査器が暴走する可能性がある。

したがって、光量制御に入るためには先ず偏向走査器の回転速度制御に入らねばならず、偏向走査器の回転速度制御に入るためには先ず光源の光量制御に入らねばならない、というシステム上の矛盾も生じる。

そこで本発明は、コストアップを抑制でき、安定した光量のモニタに必要な時間を確保でき、システム上の矛盾も回避できる光学走査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る光学走査装置の代表的な構成は、光源と、前記光源から出射するレーザ光を偏向走査する偏向走査器と、前記光源と前記偏向走査器との間に設けられ、前記光源から出射するレーザ光の一部を偏向する偏向部材と、前記光源から出射するレーザ光を受光する１つのセンサと、を有する光学走査装置において、前記１つのセンサは、前記偏向走査器に入射する前に前記偏向部材によって偏向するレーザ光と、前記偏向走査器によって偏向走査するレーザ光と、の両方を受光することを特徴とする。

本発明によれば、コストアップを抑制でき、安定した光量のモニタに必要な時間を確保でき、システム上の矛盾も回避できる。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（第一実施形態）
第一実施形態にかかる光学走査装置について、図１及び図２（ａ）を用いて説明する。図１は第一実施形態にかかる光学走査装置の構成図である。図２（ａ）は第一実施形態にかかる光学走査装置の主要部を示す模式図である。

（光学走査装置１０）
図１に示すように、光学走査装置１０は、光源であるレーザ光源ユニット１、複合部材である複合レンズ２、アパーチャ３、回転多面鏡４、受光センサ５、走査光学系７を有している。これらの部品は光学箱１０１に搭載されている。

レーザ光源ユニット１は、垂直共振器型レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：ＶＣＳＥＬ）であり、発散光を前方に射出する。複合レンズ（複合部材）２は、レーザ光を平行化するコリメータレンズ２ｂ（図２（ａ）の斜線部）とレーザ光を集光する集光部材である集光レンズ２ｃとの複合機能を有するプラスチックレンズである。複合レンズ２は、光源から射出するレーザ光をコリメータレンズ２ｂによって平行光に整形してアパーチャ３に入射する。

レーザ光はアパーチャ３を経てさらに整えられ、回転多面鏡４に入射する。回転多面鏡４は偏向器４Ｒによって回転駆動され、レーザ光３１を矢印Ｒのように走査する。ここで、偏向走査器は、回転多面鏡４と偏向器４Ｒとによって構成されている。

偏向走査器によって偏向走査するレーザ光３１は、走査光学系７によって感光体１３（図４参照）上に走査スポットを形成する。走査スポットは、トナーで現像され記録シートに転写定着され出力される。

レーザ光３１は、走査光学系７に入射するよりも走査の上流側において、複合レンズ２の集光レンズ２ｃに入射する。そして、集光レンズ２ｃによって集光されるレーザ光５１が受光センサ５に入射することによって、走査線の書き出しタイミングが検知される。

受光センサ５は、レーザ光源ユニット１とともにプリント基板５ａに実装され、プリント基板５ａは信号線６を介して光源制御部５ｂと接続される。光源制御部５ｂは、受光センサ５からの信号（出力）に基づいた発光タイミングでレーザ光源ユニット１を変調発光させる。

（光量のモニタ、書き出しタイミング）
次に、光量のモニタについて説明する。図２（ａ）に示すように、レーザ光源ユニット１から出射したレーザビーム１１は、コリメータレンズ２ｂを通過し平行光２１となる。平行光２１は、アパーチャ３で整形されてレーザビーム３１となり、回転多面鏡４のレーザビーム反射面４Ｍに照射される。回転多面鏡４は、偏向器４Ｒによって矢印Ｒ方向に回転駆動され、入射したレーザビーム３１を偏向走査する。偏向走査するレーザビーム３１は、複合レンズ２の集光レンズ２ｃを通過した後、収束し、走査光５１となって受光センサ５に入射する。ここで、走査光５１は回転多面鏡４の回転により矢印Ｓ方向に走査されている。

また、レーザ光源ユニット１から出射したレーザビーム１１の一部は、複合レンズ２に入射する際、複合レンズ２の表面に設けられた反射収束部材である回折格子２ａによって表面で反射収束される。ここで、複合レンズ２について図５を用いて説明する。図５（ａ）は、本実施形態にかかる光学走査装置に用いる複合部材を光軸方向から見た場合の正面図である。図５（ｂ）は、本実施形態にかかる光学走査装置に用いる複合部材の断面図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、コリメータレンズ２ｂは、レーザビーム１１の中心光を透過するとともに平行化し、回折格子２ａは、レーザビーム１１の中心光の周辺にひろがって分布する周辺光のみを反射収束するように設けられている。反射収束する光は、静止光５２として受光センサ５に入射する。この構成により、レーザビーム１１の中心光を分岐する必要がなく、光量のロスを抑制できる。

すなわち、受光センサ５は、走査光５１と静止光５２の両方を検知して電気信号に変換する。電気信号は信号線６を経て光源制御部５ｂへ送られる。

図２（ｂ）は第一実施形態にかかる光学走査装置の光源制御のための電気信号と時間の関係を表すである。図２（ｂ）のでは、横軸を時間、縦軸を電圧としている。図２（ｂ）に示すように、時刻Ｔ１における立ち上がりは、レーザ光源ユニット１が発光を開始し、静止光５２が受光センサ５に入射した状態を示す。回転多面鏡４は未だ回転を始めていない。

このとき、受光センサ５からの電気信号は、電圧Ｌ１の状態になり（図２（ｂ）に示すように、所定の範囲内での変動あり）、光源制御部５ｂによってレーザ光源ユニット１は一定の光量になるよう制御される。このとき、走査光５１は、回転多面鏡４が静止しているから、よほどの偶然でない限り、受光センサ５に入射することはない。

そして、回転多面鏡４が回転を始めると、走査光５１が受光センサ５に入射する。時刻Ｔ２は、走査光５１が受光センサ５に入射した状態を示す。時刻Ｔ２で現れる短いパルスＰは、走査線の書き出しタイミングの基準となるエッジを生成する。パルスＰは、回転多面鏡４の反射面４Ｍごとに周期的に現れる。

パルスＰの頂上は、静止光５２と走査光５１を合わせた電圧Ｌ２にまで上昇し、電圧Ｌ１と同様に多少のバラツキを有するものの、スライスレベルをＬ３のように設定してあるので問題なくエッジ検出ができる。そして、エッジを基準にして電気信号でレーザ光源ユニット１を変調すれば、所望の画像データを潜像露光することができる。

電圧Ｌ２は、長時間的に見ると温度上昇によるレーザ光源ユニット１の光学的な変動によって、電圧Ｌ１の変化とは異なる挙動で、図２（ｂ）のようにレベル変動する。電圧Ｌ２は、最終的に感光体１３を露光するレーザ光そのものと等価である。そこで、光源制御部５ｂは、電圧Ｌ１による光量制御だけでなく、電圧Ｌ２が長時間的に見て一定になるような制御も行なう。

上述のごとく、使用光となる前方出射光で光量制御する従来の方式を改良し、静止光５２と走査光５１の両方を一つの受光センサ５で受光して信号処理するようにした。これにより、光量をモニタするセンサも書き出しセンサと同一として別個に設ける必要がなく、コストアップを抑制できる。

また、静止光５２による第一レベルの状態（電圧Ｌ１）で光量をモニタする。これにより、走査光５１だけの処理では回転多面鏡４が回転しないと光量制御できなかった点も回避できる。すなわち、回転多面鏡４が回転しなくても、静止光５２によって光量制御できる。

そして、光量制御に入るためには先ず偏向走査器の回転速度制御に入らねばならず、偏向走査器の回転速度制御に入るためには先ず光源の光量制御に入らねばならない、というシステム上の矛盾も回避できる。

さらに、静止光５２は、入射される時間が短い走査光５１と異なり、常時、受光センサ５に入射されている。このため、安定した光量のモニタを行なうことができる。また、走査光５１の照射時間に関係なく、光量のモニタを複数回行なうことができ、光学走査装置の高速化や光源のマルチビーム化にも対応できる。

また、走査光５１による第二レベルの状態（電圧Ｌ２）で光量のモニタと走査開始タイミングの取得を行なう。これにより、静止光５２だけの処理では感光体１３を露光するレーザ光そのものを光量制御できなかった点も回避できる。すなわち、走査光５１によって感光体１３を露光するレーザ光そのものを光量制御でき、一層の画質安定化を図ることができる。

また、レーザ光の中心光の周辺にひろがって分布する周辺光のみを回折格子２ａによって反射収束し、反射収束する静止光５２を受光センサ５に入射する。これにより、感光体１３に照射するレーザビーム１１を光量のモニタに使うことがなく、光量のロスを抑制できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、レーザ光源ユニット１は、ＶＣＳＥＬ以外の端面発光型半導体レーザでもよい。また、複合レンズ２の表面に設ける部材としては、レーザ光を偏向させる機能を有する偏向部材であればよく、回折格子２ａに限るものではない。よって、回折格子２ａの代わりにビームスプリッタやハーフミラーを用いたとしても、静止光５２と走査光５１の両方を一つの受光センサ５で受光して信号処理するようにすれば、光量をモニタするセンサも書き出しセンサと同一として別個に設ける必要がなく、コストアップを抑制できる。また、回転多面鏡４の代わりにガルバノミラーや共振型ミラーを用いても、本実施形態と同等の効果を得ることができる。

（第二実施形態）
上記第一実施形態では、受光センサ５が１つの構成について示したが、本実施形態では、２つの受光センサ５０ａ、５０ｂを近接配置し、レーザ光源ユニット１と一体基板上に実装させた場合の構成について図３を基に説明する。なお、構成及び作用について第一実施形態と同一の構成等については説明を省略する。

図３は、第二実施形態にかかる光学走査装置の主要部を示す模式図である。図３に示すように、一方の受光センサ（第２のセンサ）５０ａで走査光５１を受光し、他方の受光センサ（第１のセンサ）５０ｂで静止光５２を受光する。ここで、第１のセンサ５０ｂと第２のセンサ５０ａとは、近接配置されて検知部５０を構成している。さらに、検知部５０はレーザ光源ユニット１と同じ基板５０ｃ上に実装されている。また、複合レンズ２には、光源から出射したレーザビーム１１を反射収束する反射収束部材である回折格子２ａと、回転多面鏡４によって偏向走査されたレーザビーム３１を集光する集光部材である集光レンズ２ｃとが一体成型（一体化）されている。

かかる構成においても、静止光５２と走査光５１を近接させた領域において検知部が受光し処理することで、安定した光量のモニタに必要な時間を確保でき、システム上の矛盾も回避できる。また、センサ用の基板と光源用の基板との一体化や偏向部材と集光部材との一体成型化により、光学走査装置１０を小型化できる。

なお、本発明は第一実施形態の場合と同様に、上記第二実施形態に限定されるものではない。例えば、レーザ光源ユニット１は、ＶＣＳＥＬ以外の端面発光型半導体レーザでもよい。また、複合レンズ２の表面に設ける部材としては、レーザ光を偏向させる機能を有する偏向部材であればよく、ビームスプリッタやハーフミラーを用いてもよい。また、回転多面鏡４の代わりにガルバノミラーや共振型ミラーを用いてもよい。

（画像形成装置）
次に、光学走査装置を適用可能な画像形成装置について図４を用いて説明する。図４は光学走査装置を適用可能な画像形成装置の構成図である。

図４に示すように、画像形成装置は、レーザビームプリンタ本体２０１と光学走査装置１０を有している。光学走査装置１０は、電気信号に基づいて変調するレーザ光を像担持体である感光体１３上に走査させる。

装置本体２０１は、カセット２０２、給送ローラ２０５、レジストローラ対２０６、感光体１３、１次帯電ローラ２１９、現像器２２０、クリーナ２２２を有している。また、定着器２０９、排出ローラ２１１、積載トレイ２１２、転写ローラ２２１を有している。

カセット２０２に収納する記録シートＳは、給送ローラ２０５によってレジストローラ対２０６へ給送される。給送する記録シートＳは、レジストローラ対２０６によって感光体１３と転写ローラ２２１とのニップ部へ同期搬送される。

感光体１３は、光学走査装置１０からのレーザ光に基づいて記録シートＳ上にトナー像を形成する。１次帯電ローラ２１９は感光体１３に電圧を印加し、一様に帯電する。この一様に帯電した感光体１３は、レーザ光を露光され、静電潜像を形成される。現像器２２０は静電潜像にトナーを塗布してトナー像を形成する。クリーナ２２２はトナー像を転写した後に、感光体１３に残った残留トナーを除去し、感光体１３をクリーニングする。ニップ部に搬送する記録シートＳは、トナー像を転写され、画像形成される。

感光体１３で画像形成する記録シートＳは、定着器２０９に搬送される。定着器２０９に搬送する記録シートＳは、トナー像を加熱加圧定着される。トナー像を定着する記録シートＳは、排出ローラ２１１によって積載トレイ２１２に排出され、積載される。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の技術思想内であらゆる変形が可能である。

第一実施形態にかかる光学走査装置の構成図である。 （ａ）は、第一実施形態にかかる光学走査装置の主要部を示す模式図である。（ｂ）は、第一実施形態にかかる光学走査装置の光源制御のための電気信号と時間の関係を表す図である。 第二実施形態にかかる光学走査装置の主要部を示す模式図である。 光学走査装置を適用可能な画像形成装置の構成図である。 （ａ）は、第一実施形態にかかる光学走査装置に用いられる複合部材の正面図である。（ｂ）は、第一実施形態にかかる光学走査装置に用いられる複合部材の断面図である。

符号の説明

１ …レーザ光源ユニット
４ …回転多面鏡
４Ｒ …偏向器
５ …受光センサ

Claims (8)

1. 光源と、
   前記光源から出射するレーザ光を偏向走査する偏向走査器と、
   前記光源と前記偏向走査器との間に設けられ、前記光源から出射するレーザ光の一部を偏向する偏向部材と、
   前記光源から出射するレーザ光を受光する１つのセンサと、を有する光学走査装置において、
   前記１つのセンサは、前記偏向走査器に入射する前に前記偏向部材によって偏向するレーザ光と、前記偏向走査器によって偏向走査するレーザ光と、の両方を受光することを特徴とする光学走査装置。
2. 前記光源は、垂直共振器型レーザであることを特徴とする請求項１に記載の光学走査装置。
3. 前記偏向部材は、前記光源から出射するレーザ光の一部を反射させるとともに、収束させる反射収束部材であることを特徴とする請求項１に記載の光学走査装置。
4. 前記光源から出射するレーザ光を平行化するレンズを有し、前記レンズと前記反射収束部材は一体化された複合部材であることを特徴とする請求項３に記載の光学走査装置。
5. 前記レンズは、前記光源から出射するレーザ光の中心光を透過し、平行化する位置に設けられ、前記反射収束部材は、中心光の周辺に広がって分布する周辺光を反射させる位置に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の光学走査装置。
6. 前記光源を制御する光源制御部を有し、前記光源制御部は前記センサからの出力に基づき前記光源の光量及び発光タイミングを制御することを特徴とする請求項１に記載の光学走査装置。
7. 前記センサからの出力は、前記偏向部材によって偏向するレーザ光による第一レベルの状態と、前記偏向走査器によって偏向走査するレーザ光による第二レベルの状態とを有し、前記光源制御部は、前記第一レベルの状態で前記光源の光量を制御し、前記第二レベルの状態で前記光源の光量及び発光タイミングを制御することを特徴とする請求項６に記載の光学走査装置。
8. 光源と、
   前記光源から出射するレーザ光を偏向走査する偏向走査器と、
   前記光源と前記偏向走査器との間に設けられ、前記光源から出射するレーザ光の一部を偏向する偏向部材と、
   前記偏向走査器によって偏向走査するレーザ光の一部を集光する集光部材と、
   前記偏向走査器に入射する前に前記偏向部材によって偏向するレーザ光を検知する第１のセンサと、前記集光部材によって集光するレーザ光を検知する第２のセンサと、を有し、前記光源から出射するレーザ光を検知する検知部と、を有する光学走査装置において、
   前記集光部材と前記偏向部材は一体成型体であることを特徴とする光学走査装置。

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