JP2007225844A - Optical scanner, image forming apparatus and method of detecting laser beams in optical scanner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複写機やプリンタなどに適用可能な光走査装置、画像形成装置および光走査装置におけるレーザビーム検出方法に関するもので、特に、レーザビームの副走査方向の位置を検出するためのレーザビーム検出に関するものである。 The present invention relates to an optical scanning apparatus, an image forming apparatus, and a laser beam detecting method applicable to a copying machine, a printer, and the like, and in particular, a laser beam for detecting the position of a laser beam in the sub-scanning direction. It is about detection.
カラー画像形成装置の一つの方式として、いわゆるタンデム方式が知られている。これは、感光体ドラムなどの像担持体を複数並置し、各像担持体の表面を各像担持体に対応した複数のレーザビームで走査する光走査装置を有してなるものである。上記各レーザビームは、読み出される各色の画像情報信号に応じて駆動制御される半導体レーザから出射される。各レーザビームは、例えばポリゴンミラーからなる偏向走査手段、走査結像レンズ等の光学部品を介することによって、一様に帯電された各像担持体表面に集光されるとともに、偏向走査手段によって各像担持体表面において主走査方向に走査される。この主走査とともに、各像担持体がその軸の周りに回転駆動されることによって副走査が行われ、像担持体表面は副走査方向の所定間隔からなるレーザビームで走査されることにより各像担持体表面に画像信号に対応した静電潜像が形成される。各像担持体表面の潜像はそれぞれの画像信号に対応する色のトナーで現像され、各トナー像を重ねて転写紙などに転写することによりカラー画像を得るようになっている。 A so-called tandem system is known as one type of color image forming apparatus. This comprises an optical scanning device in which a plurality of image carriers such as photosensitive drums are juxtaposed and the surface of each image carrier is scanned with a plurality of laser beams corresponding to each image carrier. Each laser beam is emitted from a semiconductor laser that is driven and controlled in accordance with the image information signal of each color to be read. Each laser beam is focused on each uniformly charged surface of the image carrier through optical components such as a deflection scanning unit including a polygon mirror and a scanning imaging lens. Scanning is performed in the main scanning direction on the surface of the image carrier. Along with this main scanning, each image carrier is rotated about its axis to perform sub-scanning, and the surface of the image carrier is scanned with a laser beam having a predetermined interval in the sub-scanning direction to thereby obtain each image. An electrostatic latent image corresponding to the image signal is formed on the surface of the carrier. The latent image on the surface of each image carrier is developed with toner of a color corresponding to each image signal, and a color image is obtained by superimposing each toner image and transferring it onto a transfer paper or the like.
このようなタンデム型のカラー画像形成装置に使用される光走査装置においては、各色に対応した像担持体に向かうレーザビームは各々異なる経路を通るように構成部品が配置されるため、カラー画像形成装置が設置される環境温度や装置内の温度上昇の影響により走査結像レンズが熱変形し、走査ビームの位置が変動しやすい。特に、樹脂製レンズを用いている場合、樹脂製レンズは熱膨張係数が大きいため、温度変動による走査ビーム位置変動が顕著になる。 In the optical scanning device used in such a tandem type color image forming apparatus, since the components are arranged so that the laser beam directed to the image carrier corresponding to each color passes through different paths, color image formation The scanning imaging lens is thermally deformed due to the environmental temperature in which the apparatus is installed and the temperature rise in the apparatus, and the position of the scanning beam is likely to fluctuate. In particular, when a resin lens is used, the resin lens has a large coefficient of thermal expansion, so that the scanning beam position variation due to temperature variation becomes significant.
タンデム方式のカラー画像形成装置では、それぞれの光走査による画像書き込み開始位置がずれると、重ねて転写されるカラー画像に色ずれが生じて画像品質が劣化するので、各レーザ光を個別に偏向走査開始端側で検出できるように受光素子を配置し、検出信号が出力されてから書き込み開始までのタイミングを各レーザ光に関して調整するようにして、複数のレーザ光による書き込み開始位置を合わせるようにしている。この書き込み開始位の調整は、主走査方向の調整である。
上記の色ずれは主走査方向に直交する方向である副走査方向に関しても発生する。副走査方向の色ずれの要因として、温度変化によるレーザの光軸ずれ、像担持体、例えば感光体ドラムの偏心など様々な要因がある。
In a tandem color image forming apparatus, if the image writing start position by each optical scanning shifts, color misregistration occurs in the color image transferred in an overlapping manner and the image quality deteriorates. Therefore, each laser beam is individually deflected and scanned. The light receiving element is arranged so that it can be detected at the start end side, and the timing from when the detection signal is output to the start of writing is adjusted for each laser beam so that the write start positions by a plurality of laser beams are aligned. Yes. The adjustment of the writing start position is adjustment in the main scanning direction.
The above color misregistration also occurs in the sub-scanning direction that is a direction orthogonal to the main scanning direction. As a cause of color misregistration in the sub-scanning direction, there are various factors such as laser optical axis misalignment due to temperature change, and eccentricity of an image bearing member, for example, a photosensitive drum.
そこで、転写体に記録されたレジスト位置ずれ検出パターンにより、装置の立上げ時やジョブ間等で定期的に上記のような走査位置のずれを検出し、補正することが行われている。しかし、連続プリント動作時は定着器やポリゴンモータの発熱によって走査位置がさらに変動してしまうため、1ジョブのプリント枚数が多いと徐々に色ずれが増大するという不具合があった。 In view of this, the above-described misalignment of the scanning position is periodically detected and corrected at the start-up of the apparatus or between jobs based on the resist misregistration detection pattern recorded on the transfer body. However, during continuous printing operation, the scanning position further fluctuates due to the heat generated by the fixing device and the polygon motor, so that there is a problem that the color misregistration gradually increases when the number of prints for one job is large.
カラー画像形成装置において色ずれを無くすことを目的とした先行技術につき、具体例を挙げて説明する。
一つ目の先行技術は、複数の半導体レーザから発光される複数のレーザ光を偏向反射させてそれぞれ偏向走査するポリゴンミラーと、このポリゴンミラーによって偏向走査される光をその走査方向に対し垂直な一側部から入射させて受光し、走査方向に対し傾斜する他側部から出射させる受光素子と、この受光素子がレーザ光を受光することによって出力される信号により上記半導体レーザに画像情報に応じた光を発光させる制御手段と、上記複数の半導体レーザから発光され上記ポリゴンミラーにより走査される画像情報光を複数の感光ドラムに導く光学系と、を具備してなる光走査装置およびこの光走査装置を用いた画像形成装置に関するものである(例えば、特許文献1参照)。このように構成された光走査装置およびこの光走査装置を用いた画像形成装置によれば、レーザ光が副走査方向にずれると、受光素子の走査方向入射側においては受光素子がレーザ光を検出するタイミングは変化しないのに対して、受光素子の走査方向出射側においては受光素子がレーザ光を検出するタイミングが変化するので、このタイミングのずれに応じて、走査光の副走査方向のずれ量を算出することができる。算出されたずれ量を補正するための補正手段を設ければ、上記ずれ量を無くすことができる。
The prior art aimed at eliminating color misregistration in a color image forming apparatus will be described with specific examples.
The first prior art includes a polygon mirror that deflects and reflects a plurality of laser beams emitted from a plurality of semiconductor lasers, and deflects and scans each of the laser beams, and the light deflected and scanned by the polygon mirror is perpendicular to the scanning direction. A light-receiving element that receives light from one side and emits light from the other side that is inclined with respect to the scanning direction, and a signal that is output when the light-receiving element receives laser light in response to image information from the semiconductor laser. And an optical scanning device comprising: a control means for emitting the emitted light; and an optical system for guiding image information light emitted from the plurality of semiconductor lasers and scanned by the polygon mirror to the plurality of photosensitive drums. The present invention relates to an image forming apparatus using the apparatus (see, for example, Patent Document 1). According to the optical scanning device configured as described above and an image forming apparatus using the optical scanning device, when the laser light is shifted in the sub-scanning direction, the light receiving element detects the laser light on the incident side in the scanning direction of the light receiving element. However, the timing at which the light receiving element detects the laser beam changes on the light emitting element emitting side in the scanning direction, so the amount of deviation of the scanning light in the sub-scanning direction depends on this timing deviation. Can be calculated. If a correction means for correcting the calculated shift amount is provided, the shift amount can be eliminated.
二つ目の先行技術は、光走査装置において、複数の光ビーム相互の副走査方向のピッチずれを検出することができる画像形成装置として、光ビーム位置を検知するために光ビーム検知領域の走査開始端の辺が互いに非平行な受光素子からなる複数のセンサーを配置し、複数のビームを個別に点灯させて複数のセンサーの走査開始端をよぎる光ビームの時間間隔を計測し、その時間間隔の差を各ビーム間の副走査ピッチに換算するようにしたものである(例えば、特許文献2参照)。 The second prior art is an image forming apparatus capable of detecting a pitch shift in the sub-scanning direction of a plurality of light beams in an optical scanning device, and scanning a light beam detection region in order to detect a light beam position. A plurality of sensors consisting of light receiving elements whose start edges are non-parallel to each other are arranged, and the time intervals of the light beams crossing the scanning start ends of the plurality of sensors are measured by individually lighting the plurality of beams. Is converted into a sub-scanning pitch between the beams (for example, see Patent Document 2).
しかしながら、上記特許文献1、特許文献2に記載されているような、受光素子の形状を特別な形状とすることにより副走査方向における走査線の位置ずれ量を検出する方法においては、受光素子が大きく複雑な形状になるとともに複雑なレイアウトに設定する必要があり、全体として大型化し、また、コストアップの要因となっていた。
However, in the method of detecting the amount of positional deviation of the scanning line in the sub-scanning direction by making the shape of the light receiving element special as described in
レーザビームによる走査位置のずれを検出するために、光走査装置内に専用の特殊なフォトICを配置することも行なわれている。このフォトICは、受光素子とコンパレータ回路を内蔵し、これらをIC化したもので、コスト高になる難点がある。簡単な形状の受光面を有する汎用の安価なフォトICを用いると、光偏向器の走査画角が狭いこと、および、走査範囲の画像領域外でレーザビームの位置ずれを検出しなければならないこともあって、検出領域における走査ビームの光学特性(fθ特性)が画像領域の特性とは大きく異なり、検出精度が低いといった問題がある。さらに、汎用の安価なフォトICを用いる場合、受光量の変化も検出精度に影響するため、受光量変化に関係するさまざまな要因で、検出精度が劣化する難点がある。ちなみに、受光量変化に関係する要因としては、光源出力の変化(例えば、温度変動による)、光学素子の反射率や透過率の経時劣化、画像形成時の画素密度変化対応による光偏向器の回転数変化などがある。 In order to detect a shift in the scanning position due to the laser beam, a special photo IC is also provided in the optical scanning device. This photo IC has a built-in light receiving element and a comparator circuit, which are integrated into an IC, and has a drawback that the cost is high. When a general-purpose inexpensive photo IC having a light receiving surface with a simple shape is used, the scanning field angle of the optical deflector is narrow, and the laser beam misalignment must be detected outside the image area of the scanning range. For this reason, the optical characteristic (fθ characteristic) of the scanning beam in the detection region is significantly different from the characteristic of the image region, and there is a problem that detection accuracy is low. Furthermore, when a general-purpose inexpensive photo IC is used, since the change in the amount of received light also affects the detection accuracy, there is a problem that the detection accuracy is degraded due to various factors related to the change in the amount of received light. Incidentally, factors related to the change in the amount of received light include changes in the light source output (for example, due to temperature fluctuations), optical element reflectivity and transmittance deterioration with time, and rotation of the optical deflector due to changes in pixel density during image formation. There are number changes.
本発明は、以上説明したような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、タンデム方式のカラー画像形成装置に組み込んだ場合、各色に対応するレーザビームの副走査方向の位置を高精度にかつ安価な手段によって検知し、その検出結果を用いて走査ビームを所定の位置に調整、補正することにより、ビームの位置ずれを抑えることができる光走査装置および光走査装置におけるレーザビームの検出方法を得ることを目的とする。
本発明はまた、上記光走査装置を用いて、高画質のカラー画像を得ることができる画像形成装置を得ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above. When incorporated in a tandem color image forming apparatus, the position of the laser beam corresponding to each color in the sub-scanning direction is increased. An optical scanning device capable of suppressing beam misalignment by detecting the accuracy with inexpensive means and adjusting and correcting the scanning beam to a predetermined position using the detection result, and the laser beam in the optical scanning device The object is to obtain a detection method.
Another object of the present invention is to obtain an image forming apparatus capable of obtaining a high-quality color image using the optical scanning device.
本発明は、請求項1に記載しているように、光源装置から放射されたレーザビームを偏向走査手段により主走査方向に偏向走査し、偏向走査されるレーザビームを被走査面に向かって集光する走査結像手段と、レーザビーム位置を検出するレーザビーム検出手段と、を具備し、上記レーザビーム検出手段は、偏向走査されるレーザビームを所定のドットまたはラインからなるパターンに整形する回折光学素子と、上記パターンを構成するドットまたはラインからなるパターンを検出するための複数の受光素子とを具備してなり、上記複数の受光素子は、上記パターンを構成するドットまたはラインの主走査方向光束幅よりも広い幅の受光面を有することを最も主要な特徴とする。 According to the present invention, the laser beam emitted from the light source device is deflected and scanned in the main scanning direction by the deflection scanning means, and the laser beam to be deflected and scanned is collected toward the surface to be scanned. A scanning imaging means for emitting light, and a laser beam detecting means for detecting the position of the laser beam, wherein the laser beam detecting means is a diffraction for shaping the laser beam to be deflected and scanned into a pattern of predetermined dots or lines. An optical element and a plurality of light receiving elements for detecting a pattern comprising dots or lines constituting the pattern, wherein the plurality of light receiving elements are in the main scanning direction of the dots or lines constituting the pattern The most important feature is to have a light-receiving surface wider than the beam width.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、複数の受光素子は主走査方向に隣接して配置され、隣接間隔は前記パターンを形成するドットまたはラインの主走査方向光束幅よりも狭いことを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の発明において、前記パターンは第1、第2のドット列またはラインからなり、第1、第2のドット列またはラインは互いに非平行となるように整形され、第1、第2のドット列またはライン相互の最も狭い主走査方向間隔は前記受光素子の受光面幅以上であることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the plurality of light receiving elements are arranged adjacent to each other in the main scanning direction, and the adjacent interval is larger than the light flux width in the main scanning direction of the dots or lines forming the pattern. It is characterized by being narrow.
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the pattern includes first and second dot rows or lines, and the first and second dot rows or lines are not parallel to each other. The narrowest interval in the main scanning direction between the first and second dot rows or lines is equal to or greater than the width of the light receiving surface of the light receiving element.
請求項4記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記受光素子の前側に矩形状のアパーチャが設けられ、このアパーチャの主走査方向の間隔は、前記パターン相互の主走査方向の間隔が最も狭い部分よりも狭いことを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項4記載の発明において、前記アパーチャは、受光素子のパッケージと一体的に形成されていることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, a rectangular aperture is provided on the front side of the light receiving element, and an interval between the apertures in the main scanning direction is an interval between the patterns in the main scanning direction. It is narrower than the narrowest part.
The invention described in claim 5 is the invention described in
請求項6記載の発明は、請求項1〜5のいずれかに記載の発明において、前記レーザビーム検出器により副走査位置を検出し、この検出結果に応じて副走査方向のビーム位置が所定値となるように補正制御する走査位置補正手段を備えていることを特徴とする。
請求項7記載の発明は、請求項1〜6のいずれかに記載の発明において、前記回折光学素子は、三次元状に形成された凹凸構造を有することによって入射光の位相を空間的に変調し、入射光を所望のパターンに整形することを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the invention according to any one of
The invention according to
請求項8記載の発明は、光走査により潜像担持体に潜像を形成する光走査装置を具備し、上記潜像を可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、上記光走査装置として請求項1〜7のいずれかに記載の光走査装置を備えていることを特徴とする。
請求項9記載の発明は、色成分ごとの画像データによって光走査を行うことにより潜像担持体に色成分ごとに潜像を形成する光走査装置を具備し、色成分ごとの上記潜像を色成分に対応した色で可視化し、色成分ごとの可視画像を重ね合わせることによって所望のカラー記録画像を得る画像形成装置において、上記光走査装置として請求項1〜7のいずれかに記載の光走査装置を備えていることを特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an optical scanning device that forms a latent image on a latent image carrier by optical scanning, and the latent image is visualized to obtain a desired recorded image. The optical scanning device according to any one of
The invention according to
請求項10記載の発明は、光走査装置におけるレーザビームの検出方法であって、光源装置から放射されたレーザビームを偏向走査手段により主走査方向に偏向走査し、偏向走査されるレーザビームを被走査面に向かって集光する走査結像手段と、レーザビーム位置を検出するレーザビーム検出手段と、を具備し、上記レーザビーム検出手段は、偏向走査されるレーザビームを所定のドットまたはラインからなるパターンに整形する回折光学素子と、上記パターンを構成するドットまたはラインからなるパターンを検出するための複数の受光素子と、を具備してなる光走査装置において、上記複数の受光素子の主走査方向受光面幅は、上記パターンを構成するドットまたはラインの主走査方向光束幅よりも広い幅とし、上記受光面を上記ドットまたはラインからなるパターンが主走査方向に走査したときの上記複数の受光素子の検出出力相互の時間差によってレーザビームの副走査位置を検出することを特徴とする。 The invention according to claim 10 is a method of detecting a laser beam in an optical scanning device, wherein the laser beam emitted from the light source device is deflected and scanned in the main scanning direction by the deflection scanning means, and the laser beam to be deflected and scanned is covered. Scanning image forming means for condensing toward the scanning surface; and laser beam detecting means for detecting the position of the laser beam. The laser beam detecting means is configured to cause the laser beam to be deflected and scanned from a predetermined dot or line. And a plurality of light receiving elements for detecting a pattern comprising dots or lines constituting the pattern, and a main scanning of the plurality of light receiving elements. The direction light-receiving surface width is wider than the light beam width in the main scanning direction of the dots or lines constituting the pattern, and the light-receiving surface is Or consisting line pattern and detecting a sub-scanning position of the laser beam by the time difference between the detection output mutual said plurality of light receiving elements when scanned in the main scanning direction.
請求項1記載の発明によれば、レーザビームの副走査位置を、レイアウトの制約がなく検出することが可能な、小型で安価な光走査装置を得ることができる。
請求項2〜3記載の発明によれば、光源の光量変動や、レーザビームパターンの強度分布にばらつきがあっても、検出精度の劣化がなく、レーザビーム位置を高精度に検出することができる光走査装置を得ることができる。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to obtain a small and inexpensive optical scanning apparatus capable of detecting the sub-scanning position of the laser beam without any layout restriction.
According to the second to third aspects of the present invention, even if the light amount variation of the light source and the intensity distribution of the laser beam pattern vary, the detection accuracy is not deteriorated and the laser beam position can be detected with high accuracy. An optical scanning device can be obtained.
請求項4記載の発明によれば、汎用のフォトICであって広い受光面積を有するフォトICを使用することができ、安価な受光素子によってレーザビーム位置を検出することができる光走査装置を得ることができる。
請求項5記載の発明によれば、開口部の位置決め精度が高く、高精度なレーザビーム検出が可能な光走査装置を得ることができる。
According to the invention described in
According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to obtain an optical scanning device having high positioning accuracy of the opening and capable of highly accurate laser beam detection.
請求項6記載の発明によれば、温度変動等で走査ビームの副走査方向の位置変化が補正され、高精度の走査が可能な光走査装置を得ることができる。
請求項7記載の発明によれば、レーザビームの副走査位置を、レイアウトの制約がなく検出することが可能な、小型で安価な光走査装置を得ることができる。
According to the invention described in claim 6, it is possible to obtain an optical scanning device in which a change in the position of the scanning beam in the sub-scanning direction is corrected by a temperature variation or the like and high-precision scanning is possible.
According to the seventh aspect of the invention, it is possible to obtain a small and inexpensive optical scanning apparatus capable of detecting the sub-scanning position of the laser beam without any layout restriction.
請求項8および9記載の発明によれば、請求項1〜7記載の発明によって得られる効果と同様の効果を得ることによって、高品質の画像を得ることができる画像形成装置およびカラー対応の画像形成装置を得ることができる。
According to the invention described in
請求項10記載の発明によれば、レーザビームの副走査位置を、レイアウトの制約がなく検出することが可能な、小型で安価な光走査装置におけるレーザビームの検出方法を得ることができる。 According to the tenth aspect of the present invention, it is possible to obtain a laser beam detection method in a small and inexpensive optical scanning apparatus capable of detecting the sub-scanning position of the laser beam without any layout restriction.
以下、本発明にかかる光走査装置、画像形成装置および光走査装置におけるレーザビーム検出方法の実施例について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明にかかる光走査装置の実施例を示す。図1において、符号1、1´は光源としての半導体レーザを、2は半導体レーザ1、1´を保持するベースを、3、3´はカップリングレンズを、4はハーフミラープリズムを、5a,5bはシリンドリカルレンズを、7はポリゴンミラーを有してなる光偏向をそれぞれ示している。光源である半導体レーザ1、1´から放射される各レーザビームは、図2に詳細に示すハーフミラープリズム4より副走査方向に分割される。
Embodiments of a laser beam detection method in an optical scanning device, an image forming apparatus, and an optical scanning device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of an optical scanning device according to the present invention. In FIG. 1,
図2において、ハーフミラープリズム4は、ビームL1が直角に入射する入射面を有するとともに入射光の進路上に45度の角度で斜設された半透過面4aを有し、さらに、この半透過面4aで反射されたビームの通路上に反射面4bが45度の角度で上記半透過面4aと平行になるように斜設され、上記半透過面4aで反射されたビームを反射するようになっている。したがって、ハーフミラープリズム4の入射面から入射した1本のビームL1は、半透過面4aを透過し直進して一つの出射面から出射する1本のビームL11と、半透過面4aで反射されかつ反射面4bで反射され、他の出射面から上記ビームL11と平行に出射する他の1本のビームL12に分割されるようになっている。上記半透過面4aを透過したレーザビームL11は図1に示すシリンドリカルレンズ5aに入射し、半透鏡4aにより反射され、さらに反射面4bで反射されたレーザビームL12はシリンドリカルレンズ5bに入射するように配置されている。
In FIG. 2, the
図1において、符号6はポリゴンミラーからなる光偏向器7の図示しない防音ハウジングの窓に設けられた防音ガラスを示す。光源装置を構成する2つの半導体レーザ1から射出し、ハーフミラープリズム4で副走査方向に分割された2本のレーザビームと、半導体レーザ1´から射出し、ハーフミラープリズム4で副走査方向に分割された2本のレーザビームの計4本のレーザビームは、防音ガラス6を介して光偏向器7に入射するように構成されている。光偏向器7を構成するポリゴンミラー7a,7bは図示されないモータによって一定速度で回転駆動され、レーザビームがポリゴンミラー7a,7bによって偏向反射される。偏向されたレーザビームは防音ガラス6を介して走査結像光学系側へ射出する。光偏向器7は、図1に示すように、上ポリゴンミラー7a、下ポリゴンミラー7bを副走査方向(回転軸方向)に2段に積ねられている。
In FIG. 1, reference numeral 6 denotes a soundproof glass provided on a window of a soundproof housing (not shown) of an
図1に示す実施例では、上ポリゴンミラー7a、下ポリゴンミラー7bは共に4面の偏向反射面をもつ同一形状のものであり、上ポリゴンミラー7aの偏向反射面に対し、下ポリゴンミラー7bの偏向反射面が、回転方向へ所定角:θp(=45度)ずれている。符号8a、8bは第1走査レンズを、符号10a、10bは第2走査レンズを、符号9a、9bは光路折り曲げミラーを示している。また、符号11a、11bは感光体を示している。第1走査レンズ8a、第2走査レンズ10aと、光路折り曲げミラー9aは、光偏向器7の上ポリゴンミラー7aにより偏向される2本のレーザビームを、対応する光走査位置である感光体11a上に導光し、副走査方向に分離した2つの光スポットを形成する1組の走査結像光学系を構成する。同様に、第1走査レンズ8b、第2走査レンズ10bと、光路折り曲げミラー9bは、光偏向器7の下ポリゴンミラー7bにより偏向される2本のレーザビームを、対応する光走査位置である感光体11b上に導光し、副走査方向に分離した2つの光スポットを形成する他の1組の走査結像光学系を構成する。
In the embodiment shown in FIG. 1, both the
半導体レーザ1、1´から放射されたレーザビームは、光偏向器7の回転軸方向から見て、偏向反射面位置の近傍において主光線が交差するように光学配置が定められている。従って、ハーフミラープリズム4で2分割され、偏向反射面に入射してくる対をなす2つのレーザビーム相互は、開き角、すなわち、偏向反射面の側から光源側を見たとき、2本のレーザビームの回転軸に直交する面への射影がなす角を有する。このようにして、光偏向器7の上ポリゴンミラー7aにより偏向される2本のレーザビームにより、感光体11a面上に2本のレーザビームによりマルチビーム走査され、同様に、光偏向器7の下ポリゴンミラー7bにより偏向される2本のレーザビームにより、感光体11b面上に2本のレーザビームによりマルチビーム走査される。
The optical arrangement of the laser beams emitted from the
光偏向器7の上ポリゴンミラー7aと下ポリゴンミラー7bの偏向反射面は互いに回転方向に45度ずれているので、上ポリゴンミラー7aによる偏向レーザビームが感光体11aの光走査を行うとき、下ポリゴンミラー7bによる偏向レーザビームは、感光体11bには導光されず、下ポリゴンミラー7bによる偏向レーザビームが感光体11bの光走査を行うとき、上ポリゴンミラー7aによる偏向レーザビームは、感光体11aには導光されない。すなわち、感光体11aと感光体11bの光走査は時間的にずれて交互に行われることになる。
Since the deflection reflection surfaces of the
図3は、この状況を説明する図であって、上下のポリゴンミラーによる光走査の時間的ずれの説明図である。光偏向器7へ入射するレーザビームは実際には4本であるが、1本の入射光として描かれており、上下のポリゴンミラーによって偏向されるレーザビームをそれぞれ偏向光a、偏向光bとして示している。図3(a)は、入射光が光偏向器7に入射し、上ポリゴンミラー7aで反射されて偏向された偏向光aが光走査位置へ導光されるときの状況を示している。このとき、下ポリゴンミラー7bによる偏向光bは光走査位置へは向かわない。第3図(b)は、下ポリゴンミラー7bで反射されて偏向された「偏向光b」が光走査位置へ導光されるときの状況を示している。このとき、上ポリゴンミラー7aによる偏向光aは光走査位置へは向かわない。なお、一方のポリゴンミラーによる偏向光が光走査位置へ導光されている間に、他方のポリゴンミラーによる偏向光がゴースト光として作用しないように、図3に示すように適宜の位置に遮光手段SDを配置し、光走査位置へ導光されない偏向光を遮光手段SDで遮光するように構成するとよい。
FIG. 3 is a diagram for explaining this situation, and is a diagram for explaining a temporal shift in optical scanning by the upper and lower polygon mirrors. Although there are actually four laser beams incident on the
図1において、符号101a、101bはレーザビーム検出器を示す。レーザビーム検出器101a、101bはそれぞれ感光体11a,11bの軸方向一端よりも外側に、かつ、感光体11a,11bのレーザビームで走査される表面のほぼ延長上に受光面が位置するように配置されている。後で詳細に説明するが、レーザビーム検出器101a、101bに至るビームの通路上には、レーザビーム検出器101a、101b上に所定の形の走査ビームパターンを形成するための回折光学素子103a、103bが配置されている。レーザビームがそれぞれ回折光学素子103a、103bを透過することにより、レーザビーム検出器101a、101b上に所定の形の走査ビームパターンが形成される。図1において、符号104aは回折光学素子103aを透過したあとレーザビーム検出器101a上に形成される走査ビームパターンを概略的に示している。図1において感光体11a,11bに付した矢印は、走査ビームパターンの走査方向を示す。
In FIG. 1,
図1において、ハーフミラープリズム4とシリンドリカルレンズ5a、5bの間には液晶偏向素子10が配置されている。液晶偏向素子102の具体例を図9に示す。図9において、スペーサ44によって一定間隔をおいて対向配置された一対の配向膜45相互間に液晶が充填されて液晶層43が形成されている。一対の配向膜45の外側面にはそれぞれ透明電極46が配置され、各透明電極46の外側面にはレーザ透過部材42が配置されている。液晶偏向素子10は、上記一対の透明電極46間に駆動回路41から矩形波または正弦波電圧を入力することにより、入射するレーザビームを、図10に示すように副走査方向に偏向する機能を有する。入力する電圧の極性に応じて偏向方向が互いに逆転する。駆動回路41から電圧が入力されない非動作時は、入射するレーザビーム偏向することなく透過させる。前記レーザビーム検出器101a、101bで検出された検出位置に基づいて、液晶偏向素子102を駆動制御し、走査レーザビーム位置が所望の副走査位置になるように補正する。液晶偏向素子102は4本のレーザビームに対応するように、独立して制御できる4つの液晶偏向領域を有しており、各々のレーザビームを独立に制御することができるようになっている。したがって、液晶偏向素子102はハーフミラープリズム4の出射側に配置することが好適である。
In FIG. 1, a liquid crystal deflecting element 10 is disposed between the
上記の如く、図1に示す実施例では、マルチビーム方式の光走査によって感光体11a、11bが交互に走査されるので、例えば、感光体11aの光走査が行われるときは光源の光強度をブラック画像の画像信号で変調し、感光体11bの光走査が行われるときは光源の光強度をシアン画像の画像信号で変調すれば、感光体11aには黒画像の静電潜像を、感光体11bにはシアン画像の静電潜像を形成することができる。
As described above, in the embodiment shown in FIG. 1, the
図4は、共通の光源装置、例えば、図1の実施例の場合半導体レーザ1,1´によりブラック画像とシアン画像を書込み、それぞれの静電潜像を形成する場合において、有効走査領域において全点灯する場合のタイミングチャートを示している。実線はブラック画像の書込みに相当する部分、破線はシアン画像の書込みに相当する部分を示す。ブラック画像、シアン画像の書き出しの主走査タイミングは、有効走査領域外に配備されている周知の同期検知手段で光走査開始位置へ向かうレーザビームを検知することにより決定される。ブラック画像を書込む時間領域とシアン画像を書込む時間領域での光源の発光強度を同じに設定すると、光源から感光体11a、11bに至る各光路において、光学素子の透過率や反射率に相対的な差異が存在する場合には、各感光体に到達するレーザビームの光量が異なる。そこで、図4に示すように、異なる感光体面を光走査するときに、光源における発光強度(発光光量)を異ならせることにより、異なる感光体面上に到達する光量を等しくしている。
FIG. 4 shows a common light source device, for example, in the case of the embodiment of FIG. 1, when writing a black image and a cyan image by the
前記レーザビーム検出器101aの具体例を図5に示す。他方のレーザビーム検出器101bも同じ構成で、ここでは一方のレーザビーム検出器101aで代表させて示している。レーザビーム検出器101aは、図1に示したように感光体面上を走査するレーザビームと光学的(特にfθ特性、以下同じ)に等価となる位置に配置されている。図5において、符号401は基板を、402は受光部を、402aは上記受光部を構成する受光素子、例えばフォトダイオード(以下「PD」という)を、402bはコンパレータ回路を示している。偏向走査されたレーザビームが前記回折光学素子103aを透過することにより、特定の形状の走査ビームパターンとなり、この走査ビームパターンがレーザビーム検出器101a上に結像しかつ走査するようになっている。この例では、走査ビームパターンが走査方向前後の直線状の二つのパターンからなり、走査方向前側のパターンは走査方向に直交する方向であり、走査方向後ろ側のパターンは走査方向に対し角度θdだけ傾斜している。回折光学素子103aは、入射するレーザビームの副走査方向の位置がずれると、このずれ量と同じ量だけ上記走査ビームパターンを副走査方向に移動させるように作用する。所定位置に固定された受光素子で上記走査ビームパターンを検出するものとすると、前後一対の上記走査ビームパターンが副走査方向に移動することにより、前後の走査ビームパターンを検出することによって出力されるレーザビーム検出器内の受光素子出力のタイムインターバルが変化する。この受光素子出力のタイムインターバルを計測することにより、レーザビームの副走査位置を検出することが可能となる。上記受光素子402aは走査ビームパターンの走査方向に並んで配置された左受光素子PD1と右受光素子PD2からなっている。この二つの受光素子PD1,PD2の、走査ビームパターンの走査方向の幅をC、受光素子PD1,PD2相互の間隔をDとする。
A specific example of the
図13は、広い受光面積を有する汎用のフォトIC403を用いたレーザビーム検出器の例を示す。図5に示すレーザビーム検出器101aと比較すると、受光部を構成するフォトIC403とアパーチャ404の構成に特徴があるので、この特徴的な構成部分について詳述し、他の部分については説明を簡略化する。図13において、レーザビーム検出器101aの受光部を構成するフォトIC403は、図5の例と同様に、走査ビームパターンの走査位置に受光素子403aが配置されている。受光素子403aは走査ビームパターンの走査方向に並んで配置された左受光素子PD1と右受光素子PD2からなっている。受光素子PD1とPD2の隣接間隔は図5の例と同じ間隔Dであり、受光素子PD1とPD2の前にはアパーチャ404が配置されている。図14はアパーチャ404の具体例を示す。図14に示すように、アパーチャ404は厚さ0.5mm以下の黒色金属板からなり、中央部に開口部404aを有する。図13において、フォトIC403のパッケージ表面に、上記アパーチャ404が接着剤や両面テープなどを用いた固定手段で一体的に貼布固定されている。アパーチャ404は、その開口部404の面積と、受光素子PD1、PD2を合わせた面積が同じとなる位置に固定されることが好適である。符号403aはコンパレータ回路を示す。
FIG. 13 shows an example of a laser beam detector using a general-
なお、フォトIC403のパッケージの表面側にメッキ処理、蒸着処理などを施すことによって上記開口部404aと実質同一の開口部を形成して、上記アパーチャ404と同様の機能をもたせるようにしてもよい。この構成によれば、接着等による固定が必要ないため、開口部の位置決め精度が高く、高精度なレーザビーム検出が可能となる。アパーチャをフォトICと分離(遊離)して固定する構成にすると、受光素子PD1とPD2が同じ面積となるようにアパーチャを位置決め固定することが困難であり望ましくない。
Note that an opening substantially the same as the opening 404 a may be formed by performing a plating process, a vapor deposition process, or the like on the surface side of the package of the
次に、レーザビームを所望のビームパターンに整形する方法について詳述する。半導体レーザビーム等のコヒーレンス光を所望のビームパターンに整形するためには、回折を制御する必要があり、そのためにはレーザビームの振幅分布、位相分布もしくはその両方を空間的に変調するような素子を設けることが好適である。そうすることで、所望のビームパターンの回折像を得ることができる。そのような素子の振幅分布(透過率分布)、位相分布もしくはその両方を計算で求める技術は、CGH(Computer Generated Holography)として知られていて、これを実現する素子がCGH素子である。CGH素子は回折光学素子の一種であるため、以下では回折光学素子と呼ぶ。図6に、回折光学素子を用いて所望のビームパターンを得るイメージを示す。図6において、平面波が回折光学素子103を通過することで、振幅分布もしくは位相分布もしくはその両方が空間的に変調され、レンズ406で結像することにより、像面で所望の回折像(ファーフィールドパターン)を得ることができる。回折光学素子103にはレンズ機能を重畳させることも可能であるため、図6におけるレンズ406はなくてもよい。
Next, a method for shaping the laser beam into a desired beam pattern will be described in detail. In order to shape coherence light such as a semiconductor laser beam into a desired beam pattern, it is necessary to control diffraction, and for this purpose, an element that spatially modulates the amplitude distribution, phase distribution, or both of the laser beam. Is preferably provided. By doing so, a diffraction image of a desired beam pattern can be obtained. A technique for calculating the amplitude distribution (transmittance distribution) and / or phase distribution of such an element by calculation is known as CGH (Computer Generated Holography), and an element that realizes this is a CGH element. Since the CGH element is a kind of diffractive optical element, it is hereinafter referred to as a diffractive optical element. FIG. 6 shows an image for obtaining a desired beam pattern using a diffractive optical element. In FIG. 6, when a plane wave passes through the diffractive
本実施例では、以下の理由から所望の位相分布を与える回折光学素子としている。振幅分布を空間的に変調する、つまり透過率を空間的に変調する構成にすると、光量が低下するという不具合や、所望の透過率を有する素子を作製するのが困難であるという不具合がある。本実施例では光量低下の少ない回折光学素子が得られる。レーザビームに位相分布を与えるためには、例えば、使用波長域で透明な基板上に凹凸構造を形成することで実現できる。このような凹凸構造を設けた素子にレーザビームを透過させることによって位相分布を与えても良いし、また、凹凸構造を設けた素子の上に反射膜を形成し、その反射膜で入射光を反射させることによって位相分布を与えてもよい。凹凸形状は使用波長400〜800nmであれば、ピッチ及び深さが0.5μm〜5μm(使用波長の1〜6倍程度)の三次元の微細パターンで構成され、半導体プロセスや微細な転写プロセスにより形成される。回折光学素子を構成する一つのセルは5μm角のセル構造とし、256×256のセル構造で形成している。凹凸構造がない領域は、図6に示すように、アパーチャ404により遮光することが好適である。位相レベル数は、0〜2πまで256階調としている。
In this embodiment, a diffractive optical element that provides a desired phase distribution is used for the following reason. When the amplitude distribution is spatially modulated, that is, the transmittance is spatially modulated, there is a problem that the amount of light is reduced and that it is difficult to manufacture an element having a desired transmittance. In this embodiment, a diffractive optical element with a small decrease in the amount of light can be obtained. In order to give a phase distribution to the laser beam, for example, it can be realized by forming a concavo-convex structure on a transparent substrate in the used wavelength range. A phase distribution may be given by transmitting a laser beam to an element having such a concavo-convex structure, or a reflective film is formed on the element having a concavo-convex structure, and incident light is transmitted by the reflective film. The phase distribution may be given by reflection. If the concavo-convex shape is a used wavelength of 400 to 800 nm, it is composed of a three-dimensional fine pattern having a pitch and depth of 0.5 μm to 5 μm (about 1 to 6 times the used wavelength), and is formed by a semiconductor process or a fine transfer process. It is formed. One cell constituting the diffractive optical element has a cell structure of 5 μm square and is formed with a 256 × 256 cell structure. As shown in FIG. 6, it is preferable to shield the region without the uneven structure with an
位相分布を与える回折光学素子(以下、「位相型回折光学素子」と呼ぶ)を用いて得られるビームパターンの例を図7に示す。図7(a)はライン状のパターンの例を、(b)はドット状のパターンの例を示す。図7(b)に示すドット状のパターンは、各ドット相互の間隔が広く、ドット数が少なく表されているが、実際にはドット数が多く密に形成される。本例に用いられている回折光学素子は、一つのビームが入射すると、複数のドットでパターンを整形する、または複数のライン状に整形する、いわゆるビーム分岐機能を有している。より高精度なビームパターンの副走査位置検出のためには、ライン状パターンを用いる方が好適である。一方、光走査装置内の温度変化が大きい場合は、回折光学素子と光検出手段の位置関係がずれてもビームパターンの劣化が少ないドット型の方が好適である。 FIG. 7 shows an example of a beam pattern obtained using a diffractive optical element that gives a phase distribution (hereinafter referred to as “phase-type diffractive optical element”). FIG. 7A shows an example of a line pattern, and FIG. 7B shows an example of a dot pattern. The dot-like pattern shown in FIG. 7B has a large interval between dots and a small number of dots, but in reality, the dots are formed densely with a large number of dots. The diffractive optical element used in this example has a so-called beam branching function that shapes a pattern with a plurality of dots or shapes a plurality of lines when one beam is incident. In order to detect a sub-scanning position of a beam pattern with higher accuracy, it is preferable to use a line pattern. On the other hand, when the temperature change in the optical scanning device is large, the dot type with less deterioration of the beam pattern is preferable even if the positional relationship between the diffractive optical element and the light detection means is deviated.
図1に示すように、レーザビーム検出器101a、101bは、その受光面が感光体11a,11bの表面の走査延長上に位置するように配置することが望ましいが、光走査装置あるいはこれを用いた画像形成装置を構成する部品レイアウトの都合上、図11に示すように、反射ミラー106、回折光学素子107を経由してレーザビーム検出器108内をレーザビームが走査する構成としてもよい。図1に示す実施例は、光偏向器7を挟んで左右両側に対称形に、光源装置、走査結像手段などからなる光走査手段が配置されているものであるが、図1では、図面の煩雑さを避けるために、左右方向片側のみが描かれている。これに対して図11は、光偏向器7を挟んで左右両側に光走査手段が配置されている例を示している。したがって、図11には、上記反射ミラー106、回折光学素子107、レーザビーム検出器108に対応する別の反射ミラー206、回折光学素子207、レーザビーム検出器208が、光偏向器7に対して対称形に配置されている。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すレーザビーム検出器101aは、図5に示すようにフォトIC402からなる。フォトIC402は、左右に配置された2つの受光素子PD1、Pd2によって受光素子402aが構成されるとともに、受光素子PD1、Pd2からの出力信号を波形整形するコンパレータ回路402bを有するICとして1パッケージ化されている。このパッケージは樹脂で覆われていて、受光素子PD1、Pdの前面は樹脂からなるレーザビーム透過部材で覆われている。受光素子402aは矩形状に掲載されていて、副走査方向に50〜150μm程度の長さになっている。前記走査ビームパターンを形成するドットまたはラインの主走査方向光束径(ピーク強度の1/e2の径、以下同じ)は、図5にAで示すように走査面上に結像するレーザビーム径と同等の40〜90μmとする。上記2つの受光素子PD1、Pd2の主走査方向の幅をそれぞれCとすると、このCは上記Aよりも広い。また、走査ビームパターンを形成するドットまたはライン相互の主走査方向の最小間隔をBとすると、このBは200〜500μmで、上記CはBよりも狭くなるように設定される。上記Cは具体的には100〜150μmが好適である。
The
また、走査ビームパターンの副走査方向の幅h(図5参照)は1〜3mmが好適である。副走査方向が1mm未満の場合、初期状態すなわち調整しない状態での組立初期時において、走査パターンを受光素子の受光範囲内で走査させることが困難である。調整しない状態では、光学素子の部品寸法交差や取付け寸法公差ばらつきの影響で、走査ビームの初期的な副走査位置ずれが1mm以上発生し、受光素子で受光することができなくなる。また、上記hが3mmを超える場合は、走査ビームパターンが大きくなりすぎて回折光学素子のビーム分岐精度が劣化し、均一性の高いビーム分岐が困難となり、パターン、あるいはドットの整列精度やビーム強度がばらつき、ビームスポット位置検出精度が低下する。 The width h (see FIG. 5) in the sub-scanning direction of the scanning beam pattern is preferably 1 to 3 mm. When the sub-scanning direction is less than 1 mm, it is difficult to scan the scanning pattern within the light receiving range of the light receiving element in the initial state, that is, in the initial stage of assembly in a state where adjustment is not performed. In an unadjusted state, the initial sub-scanning position deviation of the scanning beam occurs by 1 mm or more due to the influence of the component dimension crossing of the optical element and the variation of the mounting dimension tolerance, and the light receiving element cannot receive light. On the other hand, if h exceeds 3 mm, the scanning beam pattern becomes too large and the beam branching accuracy of the diffractive optical element deteriorates, making it difficult to split the beam with high uniformity, and the pattern or dot alignment accuracy and beam intensity. Varies, and the beam spot position detection accuracy decreases.
フォトIC402は、図5に示すように配置されてレーザビーム検出器101aを構成している。基板401上にフォトIC402が実装されており、受光素子402aを構成するフォトダイオードPD1とPD2は間隔Dだけ離間して配置されている。フォトダイオードPD1とPD2の離間間隔Dは、走査ビームパターンを形成するドットまたはラインの主走査方向光束径よりも狭い、10〜20μmが好適である。走査ビームパターンを形成するドットまたはラインの主走査方向光束径Aは、前述のように40〜90μmに設定される。
The
走査ビームパターンの一方である主走査方向前方のパターンはフォトダイオードPD1とともに副走査方向に平行となるように配置され、走査ビームパターンの他方である主走査方向後方のパターンは副走査方向に対して角度(θd)をもって傾いたパターンとなっている(図7(a)参照)。 The scanning beam pattern, which is one of the scanning beam patterns, is arranged in parallel with the photodiode PD1 in the sub-scanning direction, and the other scanning beam pattern, the pattern behind the main scanning direction, is arranged with respect to the sub-scanning direction. The pattern is inclined with an angle (θd) (see FIG. 7A).
上記のような走査ビームパターンが受光素子402aを構成する受光素子PD1,PD2の受光面を通過することにより、受光素子PD1,PD2から図8のタイミングチャートで示されるような出力信号を発生させる。受光素子PD1,PD2の出力は、PD2>PD1でアクティブになるコンパレータ402bで比較され、図8(a)に示すようなコンパレータ信号(CMP)が出力される。コンパレータ出力の立下りから次の出力の立下りまでの時間間隔Tは、ビームパターンが走査される副走査方向の位置に依存する。上記時間間隔がTのときレーザビームの副走査位置Pは以下の式(1)から求めることができる。図8(a)は走査ビームパターンが受光素子に対して副走査方向の略中央部にある場合のCMP出力のタイムインターバルT1の例を、図8(b)は走査ビームパターンが副走査方向に移動(回折光学素子への入射位置が移動)した場合のコンパレータ出力のタイムインターバルT2の例を示す。前記T1とT2との差分(T1−T2)により、下に示す式(1)にしたがって、偏向走査されるレーザビームの副走査方向への移動(変化)量を算出することができる。このように、受光素子PD1とPD2の出力のクロスポイントを検知しているので、走査ビームパターンの光量(強度分布)が変化しても検出精度に影響を与ええず高精度検出が可能となる。そのために、受光素子PD1とPD2の隣接間隔Dは、通過する走査ビームパターンの幅Aよりも狭く設定し、確実にクロスポイントが発生するようにしている。
P=(v×T)/tan(θd) ・・・(1)
ここで、vは走査されるビームパターンの速度であり、ポリゴンミラーによる偏向走査速度である。前後の走査ビームパターン相互の前記角度θdにより、式(1)で求められる結果は変化するが、時間間隔の計測精度や副走査検出可能領域hを前記1〜3mm確保するために、θdは30〜45°が好適である。
When the scanning beam pattern as described above passes through the light receiving surfaces of the light receiving elements PD1 and PD2 constituting the
P = (v × T) / tan (θd) (1)
Here, v is the speed of the beam pattern to be scanned, which is the deflection scanning speed by the polygon mirror. Although the result obtained by the equation (1) varies depending on the angle θd between the scanning beam patterns before and after, θd is 30 in order to ensure the measurement accuracy of the time interval and the sub-scanning detectable area h. ˜45 ° is preferred.
図1に示す光走査装置の例のように、各色に対応したレーザビームが複数本同時に走査されるものにおいては、レーザビーム検出器を走査するとき、すなわち回折光学素子内を走査するときにのみ1つのレーザビームが走査するように、他のレーザビームは検知されない程度に、そのときだけ減光または消光することが望ましい。複数のビームパターンがレーザビーム検出器の受光部を走査してしまうと、受光素子の出力信号に影響を与え、検出位置を誤るためである。 In the case where a plurality of laser beams corresponding to each color are scanned simultaneously as in the example of the optical scanning device shown in FIG. 1, only when scanning the laser beam detector, that is, scanning the inside of the diffractive optical element. As one laser beam scans, it is desirable to dimm or extinguish only so that the other laser beam is not detected. This is because if a plurality of beam patterns scan the light receiving portion of the laser beam detector, the output signal of the light receiving element is affected and the detection position is incorrect.
レーザビーム検出器は画像の走査領域外に配置されるため、光偏向器の偏向反射面が増えて例えば6面というような場合、走査画角が狭くなって、光学特性が劣化する問題があった。本実施例のように光偏向器の偏向反射面が4面の場合、走査画角を広く確保することができ、光学特性の劣化が少ないものの、特性の劣化がないわけではないので、レーザビーム検出器は、できる限り画像の走査領域内に近づけて配置することが望ましい。 Since the laser beam detector is arranged outside the image scanning region, when the number of deflecting reflection surfaces of the optical deflector is increased to, for example, six, the scanning angle of view becomes narrow and the optical characteristics deteriorate. It was. When the deflecting and reflecting surfaces of the optical deflector are four as in the present embodiment, a wide scanning angle of view can be secured and the optical characteristics are less deteriorated, but the characteristics are not deteriorated. It is desirable to arrange the detector as close to the scanning region of the image as possible.
一方、レーザビーム検出器101a(101b)は、副走査方向に移動可能にするとよい。そのために、レーザビーム検出器を図示しないホルダに固定し、このホルダをネジ機構などにより副走査方向に移動可能に構成する。この調整機構は光走査装置の製造(組立)過程で、走査ビームパターンがレーザビーム検出器内の受光素子に対して副走査検出領域hの略中央となるように初期調整する。その理由は、走査ビームパターンの副走査方向の位置が副走査方向上流側または下流側に変化する可能性があるため、できるだけ検出範囲を副走査方向上流側および下流側を同程度に確保しておくためである。なお、略中央とは、厳密に中央に調整することは困難であるから、中央部に対して副走査検出可能領域hの1/10程度の領域範囲内に調整されていればよいことを意味しており、この範囲内であれば好適である。
On the other hand, the
図11は、図1に示した光走査装置を、光偏向器7を挟んで対向する位置に対称形に配置した例を示すもので、4色対応のタンデム型光走査装置の例を示している。また、図11は、光走査装置の光学系部分を、副走査方向、すなわち、光偏向器7の回転軸方向から見た状態を示している。図の煩雑化を避けるために、光偏向器7から被走査面である感光体11C、11Kおよび11Y,11Mの表面に至るに至る光路上に配置されている光路屈曲用のミラーは図示を省略し、光路が直線となるように描かれている。この光走査装置は、4つの光走査位置をそれぞれ1本のレーザビームで走査する例になっている。また、個々の光走査位置には、上記感光体11Y、11M、11C、11Kが配置され、これら4個の感光体に形成される静電潜像を、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、シアン(C)、黒(K)のトナーで個別に可視化し、カラー画像を形成するように構成されている。
FIG. 11 shows an example in which the optical scanning device shown in FIG. 1 is symmetrically arranged at positions facing each other with the
図11において、符号1YM、1CKはそれぞれ光源としての半導体レーザを示す。これら半導体レーザ1YM、1CKはそれぞれが1本のレーザビームを放射する。半導体レーザ1YMは「イエロー画像に対応する画像信号」と「マゼンタ画像に対応する画像信号」で交互に強度変調される。半導体レーザ1CKは「シアン画像に対応する画像信号」と「黒画像に対応する画像信号」で交互に強度変調される。半導体レーザ1YMから放射されたレーザビームはカップリングレンズ3YMにより平行光束化され、アパーチュア12YMを通過してビーム整形されたのち、ハーフミラープリズム4YMに入射して、副走査方向に分離した2本のレーザビームにビーム分割される。ハーフミラープリズム4YMは、図2に示すハーフミラープリズム4と同様のものである。分割されたレーザビームの1本はイエロー画像を書込むのに使用され、他の1本はマゼンタ画像を書込むのに使用される。
In FIG. 11, reference numerals 1YM and 1CK denote semiconductor lasers as light sources, respectively. Each of these semiconductor lasers 1YM and 1CK emits one laser beam. The intensity of the semiconductor laser 1YM is alternately modulated with “an image signal corresponding to a yellow image” and “an image signal corresponding to a magenta image”. The intensity of the semiconductor laser 1CK is alternately modulated with “an image signal corresponding to a cyan image” and “an image signal corresponding to a black image”. The laser beam emitted from the semiconductor laser 1YM is converted into a parallel beam by the coupling lens 3YM, and after passing through the aperture 12YM, the beam is shaped, and then incident on the half mirror prism 4YM and separated in the sub-scanning direction. The beam is split into laser beams. The half mirror prism 4YM is the same as the
副走査方向に分割された上記2本のレーザビームは、液晶偏向素子102YMにより必要に応じて副走査位置を補正するように制御され、副走査方向に配列されたシリンドリカルレンズ5Y、5M(副走査方向に重なり合うように配置されている。)により、それぞれ副走査方向へ集光され、光偏向器7に入射する。光偏向器7は、図1、図3に示すものと同様に構成されていて、4面の偏向反射面を持つポリゴンミラーを回転軸方向へ2段に積ね、ポリゴンミラー相互の偏向反射面を回転方向へずらして一体化したものである。上記各レーザビームは、シリンドリカルレンズ5Y、5Mによって副走査方向にのみ収束させられ、主走査方向に長い線像が、各ポリゴンミラーの偏向反射面位置近傍に結像し、ポリゴンミラーが回転駆動されることにより等角速度的に偏向反射されるように構成されている。光偏向器7により偏向される上記2本のレーザビームは、それぞれfθレンズからなる第1走査レンズ8Y、8M、トロイダルレンズからなる第2走査レンズ10Y、10Mを透過し、これらレンズの作用により光走査位置11Y、11Mに光スポットを形成し、これら光走査位置において等速度で光走査する。
The two laser beams divided in the sub-scanning direction are controlled by the liquid crystal deflecting element 102YM to correct the sub-scanning position as necessary, and
上記と同様に、半導体レーザ1CKから放射されたレーザビームはカップリングレンズ3CKにより平行光束化され、アパーチュア12CKを通過してビーム整形されたのち、ハーフミラープリズム4CKにより、副走査方向の2本のレーザビームにビーム分割される。ハーフミラープリズム4CKは、上記ハーフミラープリズム4YMと同様に構成されている。分割されたレーザビームの1本はシアン画像を書込むのに使用され、他の1本は黒画像を書込むのに使用される。副走査方向に分割された2本のレーザビームは、副走査方向に配列されたシリンドリカルレンズ5C、5K(副走査方向に重なり合うように配置されている。)によりそれぞれ副走査方向にのみ集光され、ポリゴンミラーの偏向反射面近傍に主走査方向の潜像が結ばれる。ポリゴンミラーの偏向反射面に入射する2本のレーザビームは、ポリゴンミラーの回転によって偏向され、それぞれ第1走査レンズ8C、8K、第2走査レンズ10C、10Kを透過し、これらレンズの作用により光走査位置11C、11Kに光スポットが形成され、これら光走査位置11C、11Kを等速度的に光走査する。
Similarly to the above, the laser beam emitted from the semiconductor laser 1CK is collimated by the coupling lens 3CK, shaped through the aperture 12CK, and then shaped by the half mirror prism 4CK. The beam is split into laser beams. The half mirror prism 4CK is configured in the same manner as the half mirror prism 4YM. One of the split laser beams is used to write a cyan image and the other one is used to write a black image. The two laser beams divided in the sub-scanning direction are respectively condensed only in the sub-scanning direction by
図11において、符号106、206は、走査されるレーザビームをレーザビーム検出器108,208に入射するためのミラーを示し、107、207は回折光学素子、108、208はレーザビーム検出器を示す。なお、光源から感光体までの光路長と、光源からレーザビーム検出器までの光路長はほぼ等しくなるように設定している。図11のように、回折光学素子は第1走査レンズおよび第2走査レンズからなる結像走査光学系と、レーザビーム検出器との間に設けるのが良い。そうすることで、結像走査光学系の影響、例えばレンズ系の温度変形等によって発生するビームの副走査位置変化をも検出することが可能となり、被走査面上の走査ビームと、レーザビーム検出器で検出された副走査位置変化の相関を高めることができ、検出精度の高精度化が可能となる。
In FIG. 11,
図12は、これまで説明してきた本発明にかかる光走査装置を用いたカラー対応の画像形成装置の例を示す。図12に符号20で示す部分が光走査装置で、カラー画像を形成することができる画像形成装置用として、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの4色分に対応した走査結像光学系をもち、各色に相当するレーザビームで感光体表面を走査する構成になっている。光走査装置20内に配置されている光偏向器7の上段のポリゴンミラーにより偏向されるレーザビームのうち一方は、光路折り曲げミラーmM1、mM2、mM3により屈曲された光路により、光走査位置の実体をなす感光体11Mに導光され、他方のレーザビームは、光路折り曲げミラーmC1、mC2、mC3により屈曲された光路により光走査位置の実体をなす感光体11Cに導光される。また、光偏向器7の下段のポリゴンミラーにより偏向されるレーザビームのうち一方は、光路折り曲げミラーmYにより屈曲された光路により光走査位置の実体をなす感光体11Yに導光され、他方のレーザビームは、光路折り曲げミラーmKにより屈曲された光路により光走査位置の実体をなす感光体11Kに導光される。
FIG. 12 shows an example of a color-compatible image forming apparatus using the optical scanning device according to the present invention described so far. The portion indicated by
従って、2個の半導体レーザ1YM、1CKからのレーザビームがそれぞれハーフミラープリズム4YM、4CKで2本のレーザビームに分割されて4本のレーザビームとなり、これら4本のレーザビームにより、4個の感光体11Y、11M、11C、11Kが光走査される。感光体11Yと11Mとは半導体レーザ1YMからのレーザビームを2分割した各レーザビームにより、光偏向器7の回転に伴い交互に光走査され、感光体11Cと11Kとは半導体レーザ1CKからのレーザビームを2分割した各レーザビームにより、光偏向器7の回転に伴い交互に光走査される。
Accordingly, the laser beams from the two semiconductor lasers 1YM and 1CK are divided into two laser beams by the half mirror prisms 4YM and 4CK, respectively, so that four laser beams are obtained. The
感光体11Y〜11Kは何れも図12において時計回りに等速回転され、帯電手段をなす帯電ローラTY、TM、TC、TKにより表面が均一に帯電され、それぞれ対応するレーザビームの光走査を受けてイエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色画像を書込まれ、対応する静電潜像(ネガ潜像)が形成される。これら静電潜像はそれぞれ現像装置GY、GM、GC、GKにより反転現像され、感光体11Y、11M、11C、11K上にそれぞれイエロートナー画像、マゼンタトナー画像、シアントナー画像、黒トナー画像が形成される。
Each of the
これら各色トナー画像は、図示されない「転写シート」上に転写される。すなわち、転写シートは搬送ベルト17により搬送され、転写器15Yにより感光体11Y上からイエロートナー画像を転写され、転写器15M、15C、15Kによりそれぞれ、感光体11M、11C、11kから、マゼンタトナー画像、シアントナー画像、黒トナー画像を順次に転写される。このようにして転写シート上においてイエロートナー画像〜黒トナー画像が重ね合わせられてカラー画像を合成的に構成する。このカラー画像は定着装置19により転写シート上に定着されてカラー画像が得られる。
These color toner images are transferred onto a “transfer sheet” (not shown). That is, the transfer sheet is transported by the
1 光源としての半導体レーザ
2 ベース
3 カップリングレンズ
4 ハーフミラープリズム
5a シリンドリカルレンズ
5b シリンドリカルレンズ
7 光偏向器
7a ポリゴンミラー
7b ポリゴンミラー
8a 第1走査レンズ
8b 第1走査レンズ
10a 第2走査レンズ
10b 第2走査レンズ
11a 感光体
11b 感光体
101a レーザビーム検出器
101b レーザビーム検出器
103a 回折光学素子
103b 回折光学素子
DESCRIPTION OF
Claims (10)
上記レーザビーム検出手段は、偏向走査されるレーザビームを所定のドットまたはラインからなるパターンに整形する回折光学素子と、上記パターンを構成するドットまたはラインからなるパターンを検出するための複数の受光素子とを具備してなり、
上記複数の受光素子は、上記パターンを構成するドットまたはラインの主走査方向光束幅よりも広い幅の受光面を有することを特徴とする光走査装置。 A scanning imaging means for deflecting and scanning the laser beam emitted from the light source device in the main scanning direction by the deflection scanning means, and condensing the laser beam to be scanned toward the scanning surface, and a laser for detecting the laser beam position Beam detecting means,
The laser beam detecting means includes a diffractive optical element that shapes a laser beam to be deflected and scanned into a pattern consisting of predetermined dots or lines, and a plurality of light receiving elements for detecting a pattern consisting of dots or lines constituting the pattern And comprising
The optical scanning device, wherein the plurality of light receiving elements have a light receiving surface having a width wider than a light flux width in a main scanning direction of dots or lines constituting the pattern.
上記レーザビーム検出手段は、偏向走査されるレーザビームを所定のドットまたはラインからなるパターンに整形する回折光学素子と、上記パターンを構成するドットまたはラインからなるパターンを検出するための複数の受光素子とを具備してなる光走査装置において、
上記複数の受光素子の主走査方向受光面幅は、上記パターンを構成するドットまたはラインの主走査方向光束幅よりも広い幅とし、
上記受光面を上記ドットまたはラインからなるパターンが主走査方向に走査したときの上記複数の受光素子の検出出力相互の時間差によってレーザビームの副走査位置を検出することを特徴とする光走査装置におけるレーザビームの検出方法。
A scanning imaging means for deflecting and scanning the laser beam emitted from the light source device in the main scanning direction by the deflection scanning means, and condensing the laser beam to be scanned toward the scanning surface, and a laser for detecting the laser beam position Beam detecting means,
The laser beam detecting means includes a diffractive optical element that shapes a laser beam to be deflected and scanned into a pattern consisting of predetermined dots or lines, and a plurality of light receiving elements for detecting a pattern consisting of dots or lines constituting the pattern In an optical scanning device comprising:
The main scanning direction light receiving surface width of the plurality of light receiving elements is wider than the main scanning direction light flux width of the dots or lines constituting the pattern,
In the optical scanning device, wherein a sub-scanning position of the laser beam is detected by a time difference between detection outputs of the plurality of light receiving elements when the dot or line pattern is scanned in the main scanning direction on the light receiving surface. Laser beam detection method.
Priority Applications (2)
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US11/612,750 US7643046B2 (en) | 2005-12-21 | 2006-12-19 | Laser beam scanning device, image forming apparatus, and laser beam detecting method by the laser beam scanning device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009069272A (en) * | 2007-09-11 | 2009-04-02 | Ricoh Co Ltd | Optical scanner and image forming apparatus |
JP2014056168A (en) * | 2012-09-13 | 2014-03-27 | Toshiba Corp | Optical scanner and image forming apparatus |
JP2016206402A (en) * | 2015-04-22 | 2016-12-08 | シャープ株式会社 | Scan timing detection device, optical scanning detection device and image formation apparatus |
JP2018049119A (en) * | 2016-09-21 | 2018-03-29 | 富士ゼロックス株式会社 | Optical scanner and image forming apparatus |
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2006
- 2006-02-23 JP JP2006046337A patent/JP2007225844A/en active Pending
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