JP2002277777A - 光学ユニットおよびこれを用いる画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カスケード光学系において、部品点数の増加
を抑え、高性能でかつ低コスト，低消費恵那ルギー化が
可能な光学ユニット、およびこれを用いる画像形成装置
を提供すること。 【解決手段】 光ビームを発生させる光源１０１と、発
生した光ビームを複数のビームに分割する手段１０２
と、分割された各々の光ビームを個別に任意に遮断する
手段１０３と、各々の光ビームを偏向させる複数の偏向
手段１０４とを有する光学ユニット、および、この光学
ユニットと、前記複数の偏向手段により個別に偏向され
た光ビームがそれぞれ照射される記録媒体とを具備して
なる画像形成装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光プリンタ，複写
装置，ファクシミリ装置，スキャナなどに好適に用い得
る光学ユニットおよびこれを用いる画像形成装置に関
し、より具体的には、画像信号に応じてレーザー等の発
光素子を駆動して感光体上に潜像を形成するための光学
ユニットおよびこれを用いる画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、プリンタとして汎用されている
レーザープリンタにおいては、通常、半導体レーザーや
ポリゴンミラー等を含む光学走査系がユニット化されて
用いられている。この種の光学ユニットにおいて、半導
体レーザー素子は、外部のイメージリーダーなどからの
画像信号に応じてレーザービームを出射し、ポリゴンミ
ラーによりレーザービームを偏向させて、光学ユニット
の外部に設置した感光体ドラムを露光する。感光体ドラ
ム上に形成された静電潜像は電子写真法によって印字さ
れる。

【０００３】図１に示すように、光学ユニット（プリン
タヘッド）２０２は、レーザープリンタ本体２０１内の
上部に設置される。また、図２に、従来の光学ユニット
の一例を示す。プリントヘッド基台２１１上に、プリン
トヘッドケース２１２と半導体レーザー駆動回路用基板
２１３とポリゴンミラー駆動用の基板２１４が取り付け
られる。プリントヘッドケース２１２は、２つの凸部２
１２ａ，２１２ｂを備えている。凸部２１２ａの外側に
は、半導体レーザー素子取り付け用の基板２１５が固定
される。図示されていない半導体レーザー素子から出射
したレーザービームは、凸部２１２ａに設けた開口に取
り付けられたコリメータレンズ２１６によって平行光に
補正され、さらに、シリンドリカルレンズ２１７によっ
てポリゴンミラー２１８の１つの偏向面に集光される。

【０００４】偏向面に集光されたレーザービームは、ポ
リゴンミラー２１８の回転に従って偏向され、光路補正
用のｆθレンズ２１９を通りミラー２２０で斜め下向き
に反射され、光学ユニットケース２１２の開口を通って
外部へ出ていく。一方、ポリゴンミラー２１８による偏
向（走査）開始の同期信号を発生するための同期信号発
生用の基板２２２は、光学ユニット２１２の凸部２１２
ｂに取り付けられる。偏向の開始にあたり、ポリゴンミ
ラー２１８から反射されたレーザービームは、ミラー２
２１で反射され、基板２２２上のホトダイオード（図示
されていない）で検出される。

【０００５】このような光学ユニットを小型化する試み
として、複数のレーザー走査光学系を主走査方向に並
べ、同期させて駆動することにより、大きい走査幅を得
ることができるカスケード走査光学系が提案されてい
る。この種のレーザー走査光学系としては、例えば、特
開昭６１−１１７２０号公報に開示されている。この技
術では、各レーザー走査光学系は、レーザー光源，ポリ
ゴンミラー（偏向器），ｆθレンズを備えており、この
一対のレーザービーム光学系の走査レーザービームが同
一の感光体ドラム（被走査面）の、同一の周方向位置で
あって異なる軸方向位置に照射される。

【０００６】図３には、上述の、特開昭６１−１１７２
０号公報に開示されているレーザー光学系の具体例を示
す。なお、図３において、３０１は感光ドラム、３１
３，３２３は半導体レーザー、３１４，３２４はレーザ
ードライバー、３１５，３２５はポリゴンミラー、３１
６，３２６はモーター、３１７，３２７はｆθレンズ、
３１８，３２８はビームディテクターを示している。

【０００７】また、この他にも、一対の光学系からなる
カスケード光学系について、特開平１０−７３７７６号
公報などにも開示されている。図４は、この特開平１０
−７３７７６号公報に開示されているカスケード光学系
の具体例を示すものである。なお、図４において、４１
０は感光体ドラム、４２０Ａ，４２０Ｂはレーザー走査
光学系を示している。

【０００８】このようなカスケード走査光学系の基本的
な問題点の一つは、少なくとも、カスケード光学系を構
成する光学ユニットと同数のレーザービーム走査装置を
必要とすることである。カスケード光学系で性能を向上
させる場合、それを構成する個々のレーザービーム走査
系を小型化し、レーザービーム走査系が走査するレーザ
ービームの光路長を短くすることが有効である。しか
し、個々のレーザービーム走査系を小型化すると、各レ
ーザービーム走査系により書き込める範囲が狭くなるた
め、広い範囲を書き込むためには、多数のレーザービー
ム走査系で構成することが必要となり、部品点数の増加
によるコストの増加、あるいは、消費エネルギーの増加
という問題が生じる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、
上述のようなカスケード光学系において、これを構成す
るレーザービーム走査系の個数が増えた場合における部
品点数の増加を抑え、高性能でかつ低コスト，低消費エ
ネルギー化が可能な、光学ユニットおよびこれを用いる
画像形成装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る光学ユニットは、光ビームを発生させ
る光源と、この光源から発生した光ビームを複数のビー
ムに分割する手段と、分割された各々の光ビームを個別
に任意に遮断する手段と、各々の光ビームを偏向させる
複数の偏向手段とを有することを特徴とするものであ
る。

【００１１】本発明に係る光学ユニットにおいては、前
記分割された各々の光ビームを個別に任意に遮断する手
段と、前記各々の光ビームを偏向させる複数の偏向手段
とを、同一の基板上に構成することが好ましい。また、
前記複数に分割された光ビームが前記遮断する手段に達
するまでの光路の一部または全部を、光導波路で構成す
ることが好ましい。

【００１２】また、本発明に係る光学ユニットにおいて
は、前記複数に分割された光ビームが前記遮断する手段
に達するまでの光路の一部または全部を、光ファイバー
で構成することが好ましい。またさらに、前記光ビーム
を発生させる光源と、この光源から発生した光ビームを
複数のビームに分割する手段と、前記分割された各々の
光ビームを個別に任意に遮断する手段とを同一基板上に
形成し、この基板上の前記光ビームを複数のビームに分
割する手段から、前記複数に分割された光ビームを遮断
する手段に達するまでの光路の一部または全部に該当す
る部分を溝状にして、前記分割された光がこの溝の中を
通過するように構成することが好ましい。

【００１３】また、本発明に係る光学ユニットにおいて
は、前記分割された各々の光ビームを個別に任意に遮断
する手段を液晶により攻勢することが好ましく、さら
に、前記分割された各々の光ビームを個別に任意に遮断
する手段を任意に移動可能な鏡面を有する板状構造物に
より構成し、かつ、この板状構造物の一部または全部を
前記基板に半導体プロセスを使用して作成することが好
ましい。

【００１４】また、本発明に係る光学ユニットにおいて
は、前記分割された各々の光ビームを個別に任意に遮断
する手段を任意に移動可能な遮光面を有する板状構造物
により構成し、かつ、この板状構造物の一部または全部
を前記基板に半導体プロセスを使用して作成することが
好ましい。

【００１５】また、本発明に係る光学ユニットにおいて
は、前記光ビームを偏向させる偏向手段を、回転可能な
多面体鏡構造により構成することが好ましい。またさら
に、前記光ビームを偏向させる偏向手段を、変位可能な
反射鏡構造により構成し、かつ、この反射鏡構造は、前
記基板に半導体プロセスを使用して作成することが好ま
しい。

【００１６】また、本発明に係る画像形成装置は、上述
のような特徴を有する光学ユニットと、前記複数の偏向
手段により個別に偏向された光ビームがそれぞれ照射さ
れる記録媒体とを具備してなることを特徴とするもので
ある。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に示す好適実施例に基づいて、詳細に説明する。

【００１８】〔実施例１〕図５は、本発明の一実施例に
係る偏向光学系の構成図である。本実施例は、３つの走
査光学系（光路偏向装置１０４）で構成されたカスケー
ド光学系であるが、光源１０１の半導体レーザー（Ｌ
Ｄ）は1つである。ＬＤ１０１から出た光ビームは、出
射直後にビームスプリッター１０２で３つのビームに分
けられ、その後、各々の光ビームは、コリメーターで整
形された後、光遮断装置１０３に導かれる。この光遮断
装置１０３で、必要なときのみ光ビームが光路偏向装置
１０４に導かれることになる。

【００１９】光路偏向装置１０４に導かれた光ビーム
は、偏向後にｆθレンズ等からなる光路補正光学系１０
５により整形され、感光体１０６上にビームスポットを
形成する。本実施例においては、光路分離後の光ビーム
を光ファイバーに導入し、光路遮断装置１０３に導いて
いる。ここでは、この光路遮断装置１０３として、液晶
で構成された光スイッチを用いており、必要なときの
み、光ビームを通過させるようにしている。

【００２０】本実施例に係る光遮断装置１０３付近の拡
大斜視図を、図６に示す。この光スイッチは、樹脂基板
１０７上に形成した溝１０８の中に設置されており、そ
の溝１０８の端に前述の光ファイバー１０９を固定し、
反対の端にポリゴンミラーからなる光偏向装置１０４を
設置している。光ファイバー１０９から出た光１１０
は、基板１０７上の溝１０８の中を進み、液晶光スイッ
チ１０３に入射する。そして、その後、光スイッチ１０
３を通過した光は再び溝１０８の中を通過し、同基板１
０７上に設置されたポリゴンミラーからなる光偏向装置
１０４へ導かれる。

【００２１】本実施例によれば、このような構成を採用
したことにより、光ファイバー１０９，光スイッチ１０
３，ポリゴンミラー（光偏向装置）１０４の位置が精度
よく固定され、正確な光の走査が容易に行えるようにな
る。

【００２２】本実施例においては、このように、光ビー
ムの点灯制御は光遮断装置１０３が行うので、光源（Ｌ
Ｄ）１０１は点灯状態のままでよい。従来の走査光学系
では、光源（ＬＤ）１０１の点滅によって光ビームの点
灯の制御を行ってきたため、ＬＤを高速にオン−オフし
なくてはならなかった。しかし、ＬＤは電気的に脆弱な
素子であり、サージやスパイクなどが入ると容易に破壊
されてしまう。

【００２３】そのため、ＬＤの駆動回路は、ノイズの発
生を極力抑えた高価な回路になっている。また、ＬＤは
電流制御型の素子で大量の電流を消費する。そのため、
従来型のカスケード光学系では、本実施例と同様の構成
にするとＬＤが３つ必要になり、電流消費も多くなると
いう問題があった。それに対して、本実施例の光学系で
は、ＬＤは書き込み動作の最中は点灯状態のままで良
く、比較的安価な駆動回路ですむという利点がある。ま
た、液晶光スイッチ１０３は、ＬＤに対して電流の消費
は少ないので、消費電力の面でも有利である。

【００２４】カスケード光学系は、構成する小型光学系
の数が多いほど、装置の小型化が可能であり、また、走
査精度が向上すること、および走査系の速度を遅くでき
ることなどの利点がある。しかし、その反面、構成する
小型走査系の数を増やすと、部品点数が増えてしまうと
いう問題があるが、本実施例のような構成を採れば、光
源の数を増やさなくてもよく、コストの上昇を抑えられ
る。

【００２５】〔実施例２〕図７は、他の実施例に係る光
遮断装置の概略説明図である。本実施例に係る光遮断装
置１０３においては、基板１０７上に、回動可能な鏡面
構造１１１を設けている。この鏡面構造１１１は、溝１
０８の内部に支持軸で保持された板状構造物であり、そ
の表面の反射率を高くしたものである。この板状構造物
は、図中では省略されている電極に信号を与えること
で、支持軸を中心に回転運動ができるようになってい
る。

【００２６】このような構造体の構造および製造方法に
ついては、例えば、特開平７−１７５００５号公報に開
示されている「プレーナー型ガルバノミラー及びその製
造方法」などが参考になる。このような遮断装置の動作
について、以下、図８に基づいて説明する。

【００２７】反射鏡構造１１１が変位していない状態
（１１１ａで示されている）では、反射鏡構造１１１と
基板１０７の溝１０８とは平行の位置関係にある。光ビ
ーム１１０は、基板１０７と平行に、かつ反射鏡構造１
１１とは接しないように照射されている。前述の光偏向
装置１０４は、この状態では、光ビーム１１０が到達し
ないような位置に設置されている。

【００２８】そして、この光偏向装置１０４は、前記光
遮断装置１０３に信号を与えることにより反射光構造１
１１が変位し（１１１ｂデ示されている）、光ビーム１
１０が反射鏡構造１１１に当たり、反射光構造１１１で
反射され、曲げられた光路の先に設置されている。これ
により、光遮断装置１０３が駆動されたときに、光ビー
ム１１０は光偏向装置１０４に達することになる。

【００２９】このような光遮断装置１０３では、光偏向
装置１０４の設置位置が光遮断装置１０３に達する光ビ
ームの延長上にない場合でも、反射鏡構造１１１の変位
位置を調整することで光ビーム１１０を光偏向装置１０
４へ送ることができるので、装置のレイアウトの自由度
が向上する。

【００３０】〔実施例３〕図９は、実施例に係る光遮断
装置１０３の概略説明図である。本実施例に係る光遮断
装置１０３においては、基板１０７上に回動可能な光遮
断構造１１２を設けている。この光遮断構造１１２は、
溝１０８内部に支持軸で保持された板状構造物であり、
その表面の反射率を低くして、光の反射を極力抑えたも
のである。また、この板状構造物は、図中では省略され
ている電極に信号を与えることで、支持軸を中心に回転
運動ができるようになっている。

【００３１】このような構造体の構造および製造方法に
ついては、例えば、前述の、特開平７−１７５００５号
広報に開示されている「プレーナー型ガルバノミラー及
びその製造方法」などが参考になる。このような光遮断
装置の動作について、以下、図１０に基づいて説明す
る。

【００３２】光遮断構造１１２が変位していない状態
（１１２ａで示されている）では、光遮断構造１１２と
基板１０７は平行の位置関係にある。光ビーム１１０は
基板１０７と平行に、かつ光遮断構造１１２とは接しな
いように照射されている。前述のように、光偏向装置１
０４は、この状態で光ビーム１１０が光偏向装置１０４
に達する位置に設置されている。

【００３３】そして、この光遮断装置１０３に信号を与
え、遮光構造１１２が変位（１１２ｂデ示されている）
すると、光ビーム１１０が光遮断構造１１２に当たり、
遮光構造１１２で遮断されることになる。これにより、
遮断装置１１２が駆動されたときには、光ビーム１１０
は光偏向装置１０４に達することができなくなる。

【００３４】このような光遮断装置では、光偏向装置と
光遮断装置とを予め同一基板上に設置することができる
ので、これらの装置を半導体製造プロセスで作成するこ
とが可能となり、精度の向上，装置の小型化に優れてい
る。

【００３５】〔実施例４〕図１１は、他の実施例に係る
光偏向装置の概略説明図である。本実施例に係る光偏向
装置においては、反射鏡１１３が、光遮断装置１０３が
設置されている基板１０７上に設置されている。反射鏡
１１３の反射面は、基板１０７面に対して垂直になるよ
うに設置されており、基板１０７に設置されている軸で
接合されている。この反射鏡１１３は、図では省略され
ている電極に印加する電圧に応じて、軸を中心に角度が
変わるように動作する。

【００３６】これにより、この反射鏡１１３に入射した
光ビーム１１０は、反射鏡１１３に印加した電圧に応じ
た角度で反射される。これに対して、従来のカスケード
光学系は、例えば、従来例の図４に示すように、複数の
回転多面体鏡（ポリゴンミラー）で構成されている。

【００３７】この場合、回転多面体鏡は高速で回転して
いるので、複数の光学系の光ビームの位置の制御を行う
ために、光ビームの位置の検出機構が必要となる。図４
における、ミラー４２８Ａ，４２８Ｂおよび光検出器４
２９Ａ，４２９Ｂならびにその信号の処理回路がそれで
ある。

【００３８】カスケード光学系を構成する光学系ユニッ
トの数が増えると、このような回転多面体鏡を用いた光
学系では、その位置制御が更に複雑になる。それに対し
て、本実施例に係る装置では、反射された光ビームの位
置は、反射鏡構造に印加した信号に応じて一義的に決ま
るので、複雑な光ビームの位置検出機構や、位置制御機
構が不要になる。

【００３９】また、上述の各偏向光学系と、この偏向光
学系により個別に偏向された光ビームをそれぞれ照射す
るように配置した記録媒体とを用いることで、高精度の
画像形成装置を実現することが可能である。

【００４０】なお、上記各実施例はいずれも本発明の一
例を示すものであり、本発明はこれらに限定されるべき
ものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内におい
て、適宜の変更，改良を行ってもよいことはいうまでも
ない。

【００４１】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、下記のような効果を得ることができる。 （１）本発明に係る光学ユニットによれば、１つの光源
から出射するレーザー光を複数の光学系へ供給できるの
で、カスケード光学系を構成する各小型光学系の数に対
して少ない数の光源で、カスケード光学系を構成するこ
とが可能になり、構造の簡易化，部品点数の節減に有効
である。また、レーザー光源の駆動は連続駆動としたこ
とにより、駆動制御回路を簡易化できる効果もある。

【００４２】（２）また、光ビームを遮断する手段と、
光ビームを偏向させる手段とを同一の基板上に構成する
ことにより、高い精度で光学系を構成できるようにな
り、容易に高精度のカスケード光学系を作成できるよう
になる。また、分割されたレーザー光を光導波路あるい
は光ファイバーを通して導くことにより、光路を自由に
設計できるようになり、装置の小型化に有利である。 （３）光ビームを任意に遮断する手段としては、機械的
部分を有しない、液晶を用いる装置、あるいは回動可能
に構成した鏡面あるいは遮光面を有する板状構造物によ
り構成した装置が用い得る。後者の場合、その装置の一
部または全部を基板に半導体作成プロセスを使用して作
成することにより、装置の小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の偏向光学系の構成例を示す図（その１）
である。

【図２】従来の偏向光学系の構成例を示す図（その２）
である。

【図３】従来の偏向光学系の構成例を示す図（その３）
である。

【図４】従来の偏向光学系の構成例を示す図（その４）
である。

【図５】本発明の一実施例に係る偏向光学系の構成例を
示す図である。

【図６】図５に示した実施例に係る光学系の拡大詳細図
である。

【図７】実施例に係る光遮断装置の概略説明図（その
１）である。

【図８】図７に示した実施例に係る光遮断装置の動作説
明図である。

【図９】実施例に係る光遮断装置の概略説明図（その
２）である。

【図１０】図９に示した実施例に係る光遮断装置の動作
説明図である。

【図１１】他の実施例に係る光偏向装置の概略説明図で
ある。

【符号の説明】

１０１ 光源 １０２ ビームスプリッター １０３ 光遮断装置 １０４ 光路偏向装置（スイッチ） １０５ 光路補正光学系 １０６ 感光体 １０７ 基板 １０８ 基板に設けた溝 １０９ 光ファイバー １１０ 光線 １１１ 鏡面構造 １１２ 光遮断構造 １１３ 反射鏡

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ビームを発生させる光源と、この光源
   から発生した光ビームを複数のビームに分割する手段
   と、分割された各々の光ビームを個別に任意に遮断する
   手段と、各々の光ビームを偏向させる複数の偏向手段と
   を有することを特徴とする光学ユニット。
2. 【請求項２】 前記分割された各々の光ビームを個別に
   任意に遮断する手段と、前記各々の光ビームを偏向させ
   る複数の偏向手段とを、同一の基板上に構成することを
   特徴とする請求項1の光学ユニット。
3. 【請求項３】 前記分割された各々の光ビームを個別に
   任意に遮断する手段を、液晶により構成したことを特徴
   とする請求項１または２に記載の光学ユニット。
4. 【請求項４】 前記分割された各々の光ビームを個別に
   任意に遮断する手段を、任意に移動可能な鏡面を有する
   板状構造物により構成したことを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の光学ユニット。
5. 【請求項５】 前記分割された各々の光ビームを個別に
   任意に遮断する手段を、任意に移動可能な遮光面を有す
   る板状構造物により構成したことを特徴とする請求項１
   または２に記載の光学ユニット。
6. 【請求項６】 前記光ビームを偏向させる偏向手段を、
   回転可能な多面体鏡構造により構成したことを特徴とす
   る請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学ユニット。
7. 【請求項７】 前記光ビームを偏向させる偏向手段を、
   変位可能な反射鏡構造により構成したことを特徴とする
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学ユニット。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１項に記載の光
   学ユニットと、前記複数の偏向手段により個別に偏向さ
   れる光ビームがそれぞれ照射される記録媒体とを具備し
   てなることを特徴とする画像形成装置。