JP2006162739A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＯＳセンサによる同期精度を向上・安定化させた光走査装置を提供する。
【解決手段】ポスト４６Ａと４６Ｂではポストの径及びポスト内に構成される酸化アパチャー４８Ａ、４８Ｂの径が異なっており、ＳＯＳ用レーザを射出するポスト４６Ａ／酸化アパチャー４８Ａは径が大きく、露光用レーザを射出するポスト４６Ｂ／酸化アパチャー４８Ｂは径が小さい。酸化アパチャー４８の径が小さい（＝４８Ｂ）と射出されるレーザはシングルモードとすることができるので微少な光スポットに集光可能であり、精細な画像露光が可能となるが、レーザの光量が小さくなる。逆に酸化アパチャー４８の径が大きい（＝４８Ａ）と射出されるレーザはシングルモードとしにくくなるので微少な光スポットを形成できず、精細な画像露光が不可能となるが、レーザの光量を大きくできるためＳＯＳの検出に用いれば検出精度を高くすることができる。
【選択図】図３

Description

本発明はレーザプリンタ等に用いられる光走査装置に関し、特に走査上流側に配置された同期検出用光センサにビームが入射したタイミングを基準として光源を画像信号に基づいて変調し、被走査面上に画像を書きこむ光走査装置に関する。

従来より回転多面鏡を用いた光走査装置では、ポリゴンミラーの分割角度誤差による書き込みタイミングずれを抑制するため、走査上流側にＳＯＳセンサを設けて、各走査毎にビームの走査タイミングを検出して被走査面を露光することが一般的に行われている。

上記のＳＯＳセンサ出力のS／N比を改善するためにはＳＯＳセンサに入射する光量はできるだけ大きい方が望ましい。この目的で、被走査面を露光する光量よりもＳＯＳセンサに入射する光量を大きくした構成の光走査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで感光体の露光光量は環境温度や感光体の磨耗等により狙い値を変更することが一般的である。感光体の露光光量とＳＯＳセンサの入射光量を同一光量に制御すると、感光体への入射光量を変更したときにＳＯＳセンサの入射光量もそれに伴って変化してしまうので、ＳＯＳセンサ出力のS／N比が状況によって変化し、同期精度に影響を及ぼす。この問題を解決するため、ＳＯＳ入射光量を感光体露光光量によらず一定に制御している構成の光走査装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、従来技術の方法には以下のような問題もある。すなわち従来技術は同一のレーザで同期検出と露光を行う。ＳＯＳの光量を感光体の露光光量よりも高く設定する場合、ＳＯＳと感光体の光量を同一とする場合にくらべて、レーザの光出力範囲が広くなる。レーザは使用する光量が高いと短寿命化する傾向があり、使用する光量が低いとドループ（自己発熱による光量変動）が大きくなるという問題がある。

このため、レーザは狭い光出力範囲で使用する方が望ましいが、従来技術では使用する光出力範囲を広くせざるを得ないため、上記の問題が生じる。

また近年、光走査装置の高速化・高走査線密度化の施策として、光源にアレイ化が容易な面発光レーザを用いることが提案されている。面発光レーザはアレイ化が容易な反面、露光に用いるビームを微小な光スポットに集光するためのシングルモード（単一波長）を得るには発光領域の直径を小さくしなければならず、そのためシングルモードで高出力を得る事が難しく、ＳＯＳに用いるには出力が不足するという課題がある。
特開昭５６―１２４９８２号公報 特開昭６０―２４５３６４号公報

本発明は上記事実を考慮し、ＳＯＳセンサによる同期精度を向上・安定化させた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、複数の光ビームを射出するレーザアレイ光源と、前記レーザアレイ光源から射出された走査露光用光ビームを偏向し被走査面を走査露光する偏向器と、前記被走査面よりも走査開始側に設けられ前記レーザアレイ光源から射出された同期用光ビームを検出する同期検出手段と、を備え、前記同期検出手段による前記同期用光ビームの検出を走査露光開始の基準とする光走査装置であって、前記同期用光ビームと前記走査露光用光ビームはそれぞれ別個の発光点から射出された光ビームであり、互いに独立して光量調節可能であることを特徴とする。

上記構成の発明では、ＳＯＳ検出用ビームの光量を露光用ビームの光量とは独立して制御可能としたことで、感光体の摩耗や環境温度により感度が変動し露光用ビームの光量を変動させた場合でも、安定した検出精度でＳＯＳの検出を行うことができる。

請求項２に記載の光走査装置は、前記同期用光ビームの光量は前記走査露光用光ビームよりも大きいことを特徴とする。

上記構成の発明では、ＳＯＳ検出用ビームの光量を露光用ビームよりも大きくしたことで、安定した検出精度でＳＯＳの検出を行うことができる。

請求項３に記載の光走査装置は、前記同期用光ビームの光量は前記走査露光用光ビームの光量に関わらず一定光量であることを特徴とする。

上記構成の発明では、ＳＯＳ検出用ビームの光量を露光用ビームの光量が変動しても関わらず一定としたことで、安定した検出精度でＳＯＳの検出を行うことができる。

請求項４に記載の光走査装置は、前記同期用光ビームは前記走査露光用光ビームよりも高出力での発光が可能であることを特徴とする。

上記構成の発明では、ＳＯＳ検出用ビームの出力を露光用ビームよりも高出力としたことで、安定した検出精度でＳＯＳの検出を行うことができる。

請求項５に記載の光走査装置は前記同期用光ビームの光源と前記走査露光用光ビームの光源は形状が異なることを特徴とする。

上記構成の発明では、ＳＯＳ検出用ビームと露光用ビームの光源の形状を異なるものとしたことで、それぞれの形状を最適なものとできるので、画質を保ちながら安定した検出精度でＳＯＳの検出を行うことができる。

請求項６に記載の光走査装置は、前記走査露光用光ビームはシングルモードレーザ、前記同期用光ビームはマルチモードレーザであることを特徴とする。

上記構成の発明では、露光用ビームを精細度の高い露光ができるシングルモードレーザ、ＳＯＳ検出用ビームを高出力とできるマルチモードレーザとしたことで、安定した検出精度でＳＯＳの検出を行うことができる。

請求項７に記載の光走査装置は、前記レーザアレイ光源は面発光レーザアレイであり、前記同期用光ビームのレーザの出射窓の径は前記走査露光用光ビームのレーザの出射窓の径より大きいことを特徴とする。

上記構成の発明では、露光用レーザを精細度の高い露光ができる小径の出射窓、ＳＯＳ検出用レーザを高出力とできる大径の出射窓としたことで、安定した検出精度でＳＯＳの検出を行うことができる。

本発明は上記構成としたので、ＳＯＳセンサによる同期精度を向上・安定化させた光走査装置とすることができた。

図１には本発明の第１実施形態に係る光走査装置が示されている。

図１に示すように、光走査装置１０は光源であるレーザアレイ１２から出射されたビームが回転多面鏡１４で偏向反射され、Fθレンズ１６によって被走査面である感光体１８上に結像される。レーザアレイ１２からは主走査方向にずれた二本のビームＬが出射されている。図１では点線をＳＯＳ用ビームＬ１、実線を露光用ビームＬ２とする。

ＳＯＳ用ビームＬ１は感光体１８に対して走査上流側に配置されたミラー２０でＳＯＳセンサ２２に向けて反射される。またレーザアレイ１２から出射したビームＬの一部はハーフミラー２４で反射され、光センサ２６で光量検出され光量制御回路２８によって各ビームＬ１、Ｌ２の光量が所望の値に制御される。

図２には本発明の第１実施形態に係る光走査装置の動作タイミングが示されている。

ＳＯＳ用ビームＬ１、露光用ビームＬ２はそれぞれ図２に示したタイミングで点灯される。ＡＰＣとは自動光量制御を意味し、このタイミングで光センサ２６によって各ビームＬの光量を検出する。

感光体１８の露光に適した光量とＳＯＳ（走査開始）の検出に適した光量は往々にして異なるので、ＡＰＣにおいて各ビームＬはそれぞれＳＯＳ検出に適した光量、感光体露光に適した光量に独立して別個に制御される。そしてＳＯＳ用ビームＬ１は走査光がＳＯＳセンサ２２に入射するタイミングで点灯され、ＳＯＳセンサ２２の出力に同期して画像信号３２が露光用レーザＬ２に変調・送出される。露光用ビームＬ２は画像信号３２に応じて変調され、感光体１８に画像を書きこむ。

このときＳＯＳビームＬ１の光量を露光用ビームＬ２の光量よりも高く、かつ一定光量に設定する事により、ＳＯＳセンサ２２の出力のＳ／Ｎ比を改善し、同期精度を高めることができる。

ところで、前述のように光走査装置の高速化・高走査線密度化の施策として、光源にアレイ化が容易な面発光レーザを用いることが提案されている。面発光レーザはアレイ化が容易な反面、シングルモード（単一波長）を得るためには発光領域の直径（アパチャー径）を小さくしなければならず、そのため、シングルモードで高出力を得る事が難しいという課題がある。

このとき、レーザにシングルモードが要求されるのは露光に用いられる露光用ビームＬ２を微小な光スポットに集光する目的のためであり、レーザがマルチモードになると同じ条件で集光された光スポット径でもシングルモードに比べて大きくなってしまう問題がある。

しかし、ＳＯＳセンサ２２での同期検出目的においてＳＯＳ用ビームＬ１は露光用ビームＬ２ほど微小にビームを集光する必要がないため、本発明においては光源であるレーザアレイ１２に面発光レーザを使用し、ＳＯＳ用ビームＬ１に用いるレーザの発光領域（アパチャー径）の直径を露光用ビームＬ２に用いるレーザの直径よりも大きくし、高出力を可能にしている。

図３には本発明の第１実施形態に係るレーザアレイの構造が示されている。

図３にＳＯＳ用レーザと露光用レーザを一体で構成したレーザアレイの構造を示す。図３のレーザアレイ１２において図中左側のポスト４６ＡがＳＯＳ用レーザ４２、右側のポスト４６Ｂが露光用レーザ４４を示している。ポスト４６Ａと４６Ｂではポストの径及びポスト内に構成される酸化アパチャー４８Ａ、４８Ｂの径が異なっており、ＳＯＳ用レーザを射出するポスト４６Ａ／酸化アパチャー４８Ａは径が大きく、露光用レーザを射出するポスト４６Ｂ／酸化アパチャー４８Ｂは径が小さい。

酸化アパチャー４８の径が小さい（＝４８Ｂ）と射出されるレーザはシングルモードとすることができるので微少な光スポットに集光可能であり、精細な画像露光が可能となるが、レーザの光量が小さくなるため、ＳＯＳの検出に用いた場合は検出精度が落ちてしまう。このため露光用レーザ４４から発せられるレーザは露光に適したレーザとなる。

逆に酸化アパチャー４８の径が大きい（＝４８Ａ）と射出されるレーザはシングルモードとしにくくなるので微少な光スポットを形成できず、精細な画像露光が不可能となるが、レーザの光量を大きくできるためＳＯＳの検出に用いれば検出精度を高くすることができる。ＳＯＳの検出にはシングルモードのように微小にビームを集光する必要がなく、且つ高出力であることが望ましいため、ＳＯＳ用レーザ４２から発せられるレーザはＳＯＳ検出に適したレーザとなる。

本実施形態に係る面発光レーザの工程は層構造のウエハーをエッチングしてポスト４６を作成し、そのポスト４６に対して酸化処理を行う。ＳＯＳ用レーザ４２と露光用レーザ４４の層構造は同一であるため、図３に示す本実施例の構造はエッチング用のフォトマスク設計のみで対応することができ、設備投資を抑えることもできる。

図４には本発明の第１実施形態に係るレーザアレイの構造が示されている。

図４は図３の構造を二次元的に配置した面発光レーザアレイの例であり、図３を上から見た平面図を示している。

図４のように、露光用ビームＬ２は４本の露光用（シングルモード）レーザ４４（アパチャー小）、ＳＯＳ用ビームＬ２は１本のＳＯＳ用（マルチモード）レーザ４２（アパチャー大）を用いている。

これにより露光用ビームＬ２は出力は小さいが精細な画像露光が可能であるため、高画質な画像形成を行うことができる。これに対してＳＯＳ用ビームＬ１はアパチャー径が大きいため精細なスポットを形成できないが、レーザの光量を大きくできるのでＳＯＳの検出精度を高くすることができる。

図５には本発明の第１実施形態に係るレーザアレイの動作状況が示されている。

図５は本実施形態に係るレーザアレイ１２を用いたときのＳＯＳセンサ２２上と感光体１８上における各露光スポットの点灯／消灯状態を示したものである。図２で説明したように、ＳＯＳセンサ２２上では径が大きく精細度は低いが高出力なＳＯＳ用ビームＬ１のみが点灯してＳＯＳを検出し、走査開始を同期回路３０に伝達する。

一方、感光体１８上では出力は低いが径が小さく精細な露光が行える露光用ビームＬ２を形成する４本のビームが点灯・入射し、感光体１８の被走査面に画像露光を行う。

また、上記の実施形態において尚ＳＯＳの入射光量が足りない場合は、図６のようにＳＯＳ用レーザ４２を複数設け、下記のようにＳＯＳ光量を増加してもよい。

図６には本発明の第２実施形態に係るレーザアレイの構造が示されている。

図６に示すようにレーザアレイ１３上に複数のＳＯＳ用レーザ４２を副走査方向に配列すれば、さらに高出力の１ビームと同様の効果を得ることができる。すなわちＳＯＳ用レーザ４２を副走査方向に複数配列し、同時に駆動することで、より高出力のレーザをＳＯＳ用レーザに用いたのと同じ効果が期待できる。

図７には本発明の第２実施形態に係るレーザアレイの動作状況が示されている。

図７は本実施形態に係るレーザアレイ１３を使ったときのＳＯＳセンサ２２上と感光体１８上における各露光スポットの点灯／消灯状態を示したものである。

図６で説明したように、ＳＯＳセンサ２２上では径が大きく精細度は低いが高出力なＳＯＳ用ビームＬ１が２本同時に点灯・入射するので光量不足によるＳＯＳ誤検出を防ぐことで検出精度はさらに高くなり、感光体１８上では出力は低いが径が小さく精細な露光が行える露光用ビームＬ２を形成する４本のビームが点灯する。

また、上記のＳＯＳ用レーザ４２と露光用レーザ４４は副走査方向に配列してもよい。すなわち、主走査方向（＝点灯／消灯タイミング）ではなく副走査方向（＝照射位置）にずらして配置することで両者を点灯／消灯タイミングのみならず物理的に区分することもできる。

図８には本発明の第３実施形態に係るレーザアレイの構造が示されている。

図８に示すようにレーザアレイ１５上にＳＯＳ用レーザ４２と露光用レーザ４４とを副走査方向に配列している。

これにより露光用レーザ４４から発せられる露光用ビームＬ２は出力は小さいが精細な画像露光が可能であるため、高画質な画像形成を行うことができる。これに対してＳＯＳ用レーザ４２から発せられるＳＯＳ用ビームＬ１はアパチャー径が大きいため精細なスポットを形成できないが、レーザの光量を大きくできるのでＳＯＳの検出精度を高くすることができる点は第１実施形態と同様である。

本実施形態は露光用レーザ４４とＳＯＳ用レーザ４２とを副走査方向（図中上下方向）に配列したことで第１実施形態と比較してサイズ的な自由度が大きく、また前述のように両者を点灯／消灯タイミングのみならず物理的に区分することもできる。

図９には本発明の第３実施形態に係るレーザアレイの動作状況が示されている。

図９は本実施形態に係るレーザアレイ１５を使ったときのＳＯＳセンサ２２上と感光体１８上における各露光スポットの点灯／消灯状態を示したものである。

図９に示すようにレーザアレイ１５上にＳＯＳ用レーザ４２と露光用レーザ４４とを副走査方向に配列している。これによりレーザアレイ１５を主走査方向（図中横方向）に小さくすることが可能であり、且つＳＯＳ用ビームＬ１と露光用ビームＬ２の両者を点灯／消灯タイミングのみならず物理的に区分することもできる。

さらに、本発明においてレーザアレイの各レーザの構造を変えることは上記各実施例のような面発光レーザに限定されず、端面発光レーザにおいて応用することも可能である。

本発明の第１形態に係る光走査装置の構成を示す図である。 本発明の第１形態に係るレーザアレイの動作を示す図である。 本発明の第１形態に係るレーザアレイの構造を示す断面図である。 本発明の第１形態に係るレーザアレイの構造を示す平面図である。 本発明の第１形態に係るレーザアレイの動作を示す図である。 本発明の第２形態に係るレーザアレイの構造を示す平面図である。 本発明の第２形態に係るレーザアレイの動作を示す図である。 本発明の第３形態に係るレーザアレイの構造を示す平面図である。 本発明の第３形態に係るレーザアレイの動作を示す図である。

符号の説明

１０ 光走査装置
１２ レーザアレイ
１３ レーザアレイ
１４ 回転多面鏡
１５ レーザアレイ
１６ ｆθレンズ
１８ 感光体
２２ ＳＯＳセンサ
４２ ＳＯＳ用レーザ
４４ 露光用レーザ
４６ ポスト
４８ 酸化アパチャー
Ｌ１ ＳＯＳ用ビーム
Ｌ２ 露光用ビーム

Claims (7)

1. 複数の光ビームを射出するレーザアレイ光源と、
   前記レーザアレイ光源から射出された走査露光用光ビームを偏向し被走査面を走査露光する偏向器と、
   前記被走査面よりも走査開始側に設けられ前記レーザアレイ光源から射出された同期用光ビームを検出する同期検出手段と、を備え
   前記同期検出手段による前記同期用光ビームの検出を走査露光開始の基準とする光走査装置であって、
   前記同期用光ビームと前記走査露光用光ビームはそれぞれ別個の発光点から射出された光ビームであり、互いに独立して光量調節可能であることを特徴とする光走査装置。
   
2. 前記同期用光ビームの光量は前記走査露光用光ビームよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
   
3. 前記同期用光ビームの光量は前記走査露光用光ビームの光量に関わらず一定光量であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
   
4. 前記同期用光ビームは前記走査露光用光ビームよりも高出力での発光が可能であ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。
   
5. 前記同期用光ビームの光源と前記走査露光用光ビームの光源は形状が異な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。
   
6. 前記走査露光用光ビームはシングルモードレーザ、前記同期用光ビームはマルチモードレーザであ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。
   
7. 前記レーザアレイ光源は面発光レーザアレイであり、前記同期用光ビームのレーザの出射窓の径は前記走査露光用光ビームのレーザの出射窓の径より大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の光走査装置。

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