JP2007024916A - レーザ走査光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光源部と同期検出手段とを同一基板上に配置した際、同期検出器上の走査方向を規定することにより、基板を回転させて走査開始位置を調整可能とするとともに、確実に同期検出を行うことのできるレーザ走査光学装置を簡便且つ低コストで提供する。
【解決手段】 光源部２及び同期検出器３は同一の基板１上に配置されている。基板１は、基板１を含む平面内において回動可能に支持されており、基板１と共に同期検出器３を回転させることにより、部品精度や調整誤差による画像書き出し位置のずれを調整する。光源部２から射出されたビームはポリゴンミラー４により偏向された後、第１折り返しミラー６及び第２折り返しミラー７により光路を折り曲げられて同期検出器３上を上下方向（矢印Ｂ方向）に走査する。同期検出器３は、走査開始側のビームを検出したタイミングにより走査開始タイミングを設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デジタル複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリ等の画像形成装置に用いられるレーザ走査光学装置に関するものである。

一般に、レーザ走査光学装置は、半導体レーザ発光部から射出されたビームを、シリンドリカルレンズ、ポリゴンミラー（偏向手段）、走査レンズ等から構成される走査光学系を介して被走査面上に結像させ、ポリゴンミラーを所定速度で回転させることにより、被走査面上を主走査方向に等速走査させるようにしたものである。特に、複数のレーザ発光部を備えたマルチレーザ走査光学装置は、１つのビームを用いて走査する場合に比べ、偏向手段の回転数を上げることなく被走査面を走査して画像情報の記録を迅速に行うことができるため、複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリ等の画像形成装置に広く用いられている。

このようなレーザ走査光学装置においては、構成部品の寸法誤差や環境及び経時変化に伴う寸法変化により、画像書き込み位置のずれが生じやすく、形成される画像の精度に悪影響を及ぼすおそれがあった。そのため、ポリゴンミラーで偏向した各ビームの主走査方向の走査開始タイミングを補正する必要があり、各ビームの走査開始タイミングを設定するための同期検出器が設けられている。

従来のレーザ走査光学装置の構成を図８に示す。図８において、複数（ここでは２個）のレーザ光源１０１ａ、１０１ｂを備えた半導体レーザ１０１は、ＬＤ駆動部（図示せず）からの指示に基づいて各レーザ光源１０１ａ、１０１ｂより２本の光束（ビーム）を射出する。射出されたビームは、コリメータレンズ１０２により略平行光に変換され、副走査方向（図の紙面方向）にのみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレンズ１０３によって副走査方向に収束される。

シリンドリカルレンズ１０３を通過したビームは、開口絞り１０４を通過して整形された後、ポリゴンミラー１０５の偏向面１０５ｃにおいて主走査方向（紙面に平行な方向）に長く伸びた焦線状に結像する。ポリゴンミラー１０５は正確な多角形をしており、一定方向に一定速度で回転し、半導体レーザ１０１からのビームを偏向し、被走査面１０７上の有効走査領域（図のＡＡ′間）において主走査方向に等速走査させる。この例においては、ポリゴンミラー１０５は正六角形であり、矢印Ｂ方向に一定速度で回転するものとする。ポリゴンミラー１０５により偏向されたビームは２つのｆθレンズ１０６ａ、１０６ｂから成る走査レンズ系１０６に入射する。走査レンズ系１０６は半導体レーザ１０１からのビームを複数のビームスポットとして被走査面１０７上に結像させる。

また、被走査面１０７上の走査開始位置のタイミングを制御するため、同期信号を検出する同期検出器１０８と、同期検出器１０８に検出用ビームを導くための同期検出用光学系１０９とが設けられている。同期検出器１０８に検出用ビームを入射させることにより、各ビームの同期検出信号を個別に発生させ、それに基づいて各ビームの主走査方向の走査開始タイミングを設定する。

ここで、半導体レーザ１０１と同期検出器１０８は、従来別個の基板を用いた独立した回路構成とされていたが、組立工数の低減や部品点数の削減のために、図８のように同一の基板１１１上に設けられている。そのため、同期検出器１０８が検出用ビームを確実に検出できるように、半導体レーザ１０１と同期検出器１０８の位置合わせを行うことが重要となる。

従来、主走査方向の走査開始タイミングのずれを調整するため、或いは複数のレーザ光源を備えたマルチレーザ走査光学装置においては、ビームの副走査方向のピッチを調整するため、基板１１１を光軸周りに回転させる方法がとられていた。しかし、この方法では同期検出器１０８に対する検出用ビームの入射位置（集光位置）も同時に回転していくため、調整範囲を大きくした場合、同期検出器１０８の検出面から入射位置が外れてしまうおそれがあった。

そこで、同一基板上に設けられた半導体レーザと同期検出器の位置関係を容易に調整する方法が提案されており、例えば特許文献１には、同期検出器の光入射側に副走査方向に長い形状のスリットを設け、検出用ビームをスリット面上で結像させて同期検出器へ導くことにより、ピッチ調整に伴う基板の回転に係わらず同期検出器の検出面へ良好に集光させる走査光学装置が開示されている。また、特許文献２には、同期検出器に入射する検出用ビームを副走査方向に長い形状とすることにより、ピッチ調整に伴う基板の回転に係わらず、検出用ビームを同期検出器の検出面へ良好に集光させる走査光学装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１の方法では、同期検出器の光入射側にスリットを配置する必要があり、スリットを設けるスペースが必要になるとともに部品点数も増加する。また、特許文献１、２では、いずれも検出用ビームが主走査平面と平行に同期検出器上を走査する構成のため、半導体レーザと同期検出器を近接させて配置した場合、走査ビームと検出用ビームとが互いに干渉してしまう。そのため、半導体レーザと同期検出器とを所定の間隔を隔てて基板上に配置する必要があり、レーザ走査光学装置の小型化、コンパクト化の妨げとなっていた。
特開２００３−４３３８８号公報 特開２００３−７５７５０号公報

本発明は、上記問題点に鑑み、光源部と同期検出手段とを同一基板上に配置した際、同期検出器上の走査方向を規定することにより、基板を回転させて走査開始位置を調整可能とするとともに、確実に同期検出を行うことのできるレーザ走査光学装置を簡便且つ低コストで提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の発明のレーザ走査光学装置は、光源部から射出されるビームを偏向走査する偏向手段と、該偏向手段により偏向されたビームの光路に配設されビームを被走査面上に結像させる走査光学系と、該走査光学系を通過したビームの一部を前記被走査面の有効露光領域外において検出する同期検出手段と、を備え、前記同期検出手段により検出された検出信号を主走査方向の同期に用いるレーザ走査光学装置において、前記光源部及び前記同期検出手段は同一基板上に配置され、前記基板はその平面内で回動可能に支持されるとともに、前記偏向手段から前記被走査面までの光路上にはビームの光路を変更する光路変更手段が少なくとも１つ配置されており、前記同期検出手段上を走査するビームの走査方向は、前記偏向手段から第１番目の前記光路変更手段に至るビームの走査平面に対し略垂直であることを特徴とする。

第２の発明のレーザ走査光学装置は、上記第１の発明の構成において、前記基板は、前記光源部の略中心を回転中心として回動可能に構成されることを特徴とする。

第３の発明のレーザ走査光学装置は、上記第２の発明の構成において、前記回転中心から前記同期検出手段上を走査するビームの走査位置までの最短距離をｄ、前記同期検出手段の有効検出幅をｗとするとき、以下の条件式（１）乃至（３）を満たすことを特徴とする。
３≦√（２ｄｗ＋ｗ＾２）≦１５ ・・・（１）
１５≦ｄ≦５０ ・・・（２）
ｗ＜２．５ ・・・（３）

第４の発明のレーザ走査光学装置は、上記第１乃至第３のいずれかの発明の構成において、前記同期検出手段上を走査するビームは副走査方向に集光されることを特徴とする。

第５の発明のレーザ走査光学装置は、上記第１乃至第４のいずれかの発明の構成において、前記光源部から射出されるビームは、前記同期検出手段に至るまでに少なくとも１つの前記光路変更手段を介して略直角に折り曲げられることを特徴とする。

第６の発明のレーザ走査光学装置は、上記第１乃至第５のいずれかの発明の構成において、前記光源部から射出されるビームを集光して偏向手段に入射させる入射光学系が、前記光源部と一体に設けられることを特徴とする。

第７の発明のレーザ走査光学装置は、上記第６の発明の構成において、前記基板は、前記入射光学系から前記偏向手段に至るビームの光軸を回転軸として回動することを特徴とする。

第１の発明の構成によれば、光源と同期検出手段とを同一基板上に配置し、基板を回転させて走査開始位置を調整可能としたとき、同期検出手段上を走査するビームの走査方向が基板上の光源部と同期検出手段との並びに対し略垂直方向となるので、光源部と同期検出手段との間隔を広げたり、ビーム形状を副走査方向に長くしたりすることなく、走査開始位置の調整を確実に行うことができる。

また、第２の発明の構成によれば、上記第１の発明のレーザ走査光学装置において、光源部の略中心を回転中心として基板を回動させることにより、光源部の位置を変えることなく走査開始位置を調整することができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第２の発明のレーザ走査光学装置において、光源部と同期検出手段の位置関係が条件式（１）乃至（３）を満たすことにより、光源部及び同期検出手段の配置や基板の回動による最大調整幅を最適化して、基板の小型化、低コスト化を実現することができる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第１乃至第３のいずれかの発明のレーザ走査光学装置において、同期検出手段上を走査するビームが副走査方向に集光されることにより、副走査方向のビーム径を同期検出手段の有効検出幅に比べて十分に小さくすることができ、基板の回動により同期検出手段上のビーム走査位置が多少ずれた場合でも確実にビームを検出可能となる。

また、本発明の第５の構成によれば、上記第１乃至第４のいずれかの発明のレーザ走査光学装置において、光源部から射出されるビームを、同期検出手段に至るまでに少なくとも１つの光路変更手段を介して略直角に折り曲げることにより、簡易な構成で同期検出手段上を上下方向にビーム走査させることができる。

また、本発明の第６の構成によれば、上記第１乃至第５のいずれかの発明のレーザ走査光学装置において、入射光学系を光源部と一体に設けることにより、光源部と入射光学系との位置関係を保持した状態で基板を回動させて走査開始位置を調整できる。

また、本発明の第７の構成によれば、上記第６の発明のレーザ走査光学装置において、光源部から入射光学系を通過して偏向手段に至るビームの光軸を回転軸として基板を回動することにより、光源部と偏向手段との位置関係を保持した状態で基板を回動させて走査開始位置を調整できる。

以下に本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は本発明のレーザ走査光学装置の内部構造を示す斜視図であり、光源部２及び同期検出器３が搭載された基板１の裏面側から見た状態を示している。図１において、光源部２は、１つ以上の半導体レーザ光源（図示せず）を備えており、ＬＤ駆動部（図示せず）からの指示に基づいて各レーザ光源よりビームを射出する。射出されたビームは、コリメータレンズ９及びシリンドリカルレンズ１０を含む入射光学系８（いずれも図２参照）により、略平行光に変換され、且つ副走査方向に収束されてポリゴンミラー４の偏向面に集光される。

ポリゴンミラー４は、図示しない駆動手段により時計回りに一定速度で回転する。なお、ここでは正方形のポリゴンミラー４を用いているが、ポリゴンミラー４の形状は正方形に限らず、正多角形であれば他の形状のものも使用できる。また、ポリゴンミラー４の回転方向や回転速度もレーザ走査光学装置の仕様に合わせて適宜設定することができる。

ポリゴンミラー４により偏向されたビームは第１ｆθレンズ５ａを通過した後、第１折り返しミラー６により光路を略９０°折り曲げられる。その後、第２ｆθレンズ５ｂを通過して被走査面（図示せず）上にビームスポットとして結像され、主走査方向（図の矢印Ａ方向）に走査が行われる。第１及び第２ｆθレンズ５ａ、５ｂは、集光機能とｆθ特性を有する走査光学系５を構成する。

また、被走査面の走査開始側の有効露光領域外に導光されたビームの一部は、第２折り返しミラー７により反射されて同期検出器３に入射する。同期検出器３は、走査開始側、即ち画像信号を書き始める側のビームを検出したタイミングに応じて時間カウント部（図示せず）に信号を出力する。同期検出器３にビームの入射するタイミングを測定することにより、ビームの走査時間を測定して走査開始タイミングを設定する。同期検出器３としては、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトＩＣ等の各種の光センサを使用することができる。

本発明のレーザ走査光学装置においては、光源部２から射出されたビームはポリゴンミラー４により偏向された後、第１折り返しミラー６により光路が略９０°に折り曲げられている。これにより、第２折り返しミラー７を経由して同期検出器３に入射するビームは同期検出器３上を上下方向（矢印Ｂ方向）に走査可能となるため、光源部２と同期検出器３とを基板１上に近接して配置した場合でも、光源部２から射出される走査ビームと同期検出器３に入射する検出用ビームとが互いに干渉するおそれがない。従って、光源部２と同期検出器３とを同一の基板１上にコンパクトに配置することができる。

図２は、図１における基板１を表面側（図１の紙面裏側）から見た斜視図である。図１と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。入射光学系８は、コリメータレンズ９、シリンドリカルレンズ１０から構成され、光源部２から射出されるビームを集光してポリゴンミラー４（図１参照）に入射させる。入射光学系８は筐体１１により光源部２と一体に構成されており、基板１は、光源部２から射出され入射光学系８を介してポリゴンミラー４に至るビームの光軸Ｌを回転中心として回動する。これにより、光源部２と入射光学系８、或いは光源部２とポリゴンミラー４の位置関係を変動させることなく基板１を回動させることができる。

次に、光源部と同期検出器の位置調整方法について説明する。図３は、光源部及び同期検出器が配置された基板の正面図である。前述したように、光源部２から射出されたビームの一部は、ポリゴンミラー４、第１ｆθレンズ５ａ、第１折り返しミラー６、第２ｆθレンズ５ｂ、及び第２折り返しミラー７（いずれも図１参照）を介して同期検出器３上にビームスポットＳとして結像され、同期検出器３上を下から上に向かって（矢印Ｂ方向に）走査する。

基板１は、基板１を含む平面内において回動可能に支持されており、基板１を矢印Ｃ又はＣ′方向に回動させて同期検出器３を回転させることにより、部品精度や調整誤差による画像書き出し位置のずれを調整する。このとき、図４のように、光源部２の中心２ｃを回転中心として基板１を回動させる構成とすれば、光源部２の位置を変えることなく、同期検出器３の位置を調整することができる。また、例えば光源部２が複数の半導体レーザ光源を備えている場合、光源部２を回転させることにより、各半導体レーザ光源の上下間隔を変更してビームの副走査方向のピッチを調整することができる。

ところで、基板１を回動させると、同期検出器３も同時に回転移動するため、同期検出器３上に結像するビームスポットＳの結像位置も移動していく。そのため、調整範囲を大きくした場合、同期検出器３の有効検出面からビームスポットＳの結像位置が外れてしまうおそれがある。そこで、回転調整可能な範囲を規定する必要が生じる。

基板１の回転により調整可能な範囲について、図５及び図６を用いて説明する。同期検出器３の有効検出幅をｗ、基板１上における回転中心（光源部２の中心）２ｃからビーム走査位置までの最短距離をｄとし、光源部２と同期検出器３とが水平に並ぶような基板１の位置を初期状態とすると、図５に示すように、ビームは同期検出器３を垂直方向に走査する。なお、ここでは初期状態におけるビーム走査位置を、同期検出器３の中央に設定している。初期状態から基板１を矢印Ｃ方向に回動させていくと、基板１上の同期検出器３も矢印Ｃ方向に移動するため、ビーム走査位置は同期検出器３上を徐々に左方向に移動していく。

ビーム走査位置が有効検出幅ｗの左端まで移動した状態を図６に示す。基板１をこれ以上回動させると、ビーム走査位置は有効検出幅ｗから外れ、同期検出器３によるビーム検出が不可能となる。この回転中心２ｃからビーム走査位置までの限界距離は、初期状態においてビームが有効検出幅ｗの右端を走査するように設定したとき最大となり、その距離はｄ＋ｗで表される。また、このときの副走査方向（図６の上下方向）の調整幅（最大調整幅）をＡとすると、斜辺がｄ＋ｗ、直角を挟む他の２辺がＡ及びｄである直角三角形になるので、Ａ＾２＋ｄ＾２＝（ｄ＋ｗ）＾２の関係が成り立つ。

この式を変形すると、Ａ＾２＋ｄ＾２＝ｄ＾２＋２ｄｗ＋ｗ＾２、Ａ＾２＝２ｄｗ＋ｗ＾２となり、ｄ及びｗを用いてＡ＝√（２ｄｗ＋ｗ＾２）と定義される。即ち、最大調整幅Ａは、基板１の回転中心２ｃからビーム走査位置までの最短距離ｄと、同期検出器３の有効検出幅ｗとに依存して変化する。従って、光源部２と同期検出器３との最適な位置関係を決定することにより、基板１の小型化によるレーザ走査光学装置の低コスト化、省スペース化が可能な最大調整幅Ａを規定することができる。

図７は、同期検出器の有効検出幅ｗ（ｍｍ）を行方向に、基板の回転中心からビーム走査位置までの最短距離ｄ（ｍｍ）を列方向に割り当て、有効検出幅ｗ及び最短距離ｄを所定の値に設定したときの、最大調整幅Ａ（ｍｍ）を行及び列の交差する位置に示した表である。図６を用いて具体的な最適値の決定方法について説明する。

回転中心からビーム走査位置までの最短距離ｄは、１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることが好ましい。ｄが１５ｍｍよりも小さい場合、同期検出器の検出面と入射するビームとに角度がつきすぎてしまい、ジッタ悪化の要因となる可能性がある。一方、ｄが５０ｍｍを超えた場合は基板の回転量に対する調整効率が悪くなる。また、基板サイズが大きくなり、基板の配置スペースも広くなるとともに高コスト化にも繋がるため好ましくない。

同期検出器３の有効検出幅ｗは、なるべく小さい方がコスト面において望ましく、２．５ｍｍよりも小さくすることが好ましい。ｗが２．５ｍｍ以上になると同期検出器のコストが高くなるため好ましくない。そこで、図７において１５≦ｄ≦５０、ｗ＜２．５を満たすような最大調整幅Ａの範囲を求めると、Ａ≦１５となる。一方、調整時の作業性を考慮すると、調整幅は最低でも３ｍｍ以上必要である。

従って、最大調整幅Ａが３ｍｍ以上１５ｍｍ以下となるように、即ち、条件式（１）、（２）、（３）
３≦√（２ｄｗ＋ｗ＾２）≦１５ ・・・（１）
１５≦ｄ≦５０ ・・・（２）
ｗ＜２．５ ・・・（３）
を満たすようにｄ及びｗを設定することにより、光源部２と同期検出器３との位置関係及び調整幅を最適化して、基板１の小型化によるレーザ走査光学装置の低コスト化、省スペース化を達成することが可能となる。例えば同期検出器３の有効検出幅ｗが２ｍｍ、光源部２の中心２ｃからビーム走査位置までの最短距離ｄが２０ｍｍである場合、最大調整幅Ａを９．２ｍｍに設定すれば良い。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態においては、走査開始側の有効露光領域外に第２折り返しミラー７を設けて走査開始側のビームのみを検出する構成としているが、走査終了側にも折り返しミラーを設け、同期検出器３を用いて走査開始側及び走査終了側のビームを検出する構成としても良い。その場合、走査開始側と走査終了側のビームを検知するタイミングの時間差、即ちビームの走査時間を測定し、基準となる時間と比較することにより、ビームの書き込み幅のずれを補正可能となる。

また、ここでは光源部２から射出されたビームの光路を２つの折り返しミラー６、７を用いて変更したが、ミラー及び走査光学系の配置数や配置位置はこれに限定されるものではない。また、ここでは光路変更手段として平面ミラーを用いた場合のみ示したが、平面ミラーに代えてプリズム等の光路変更手段を使用することも可能である。

以上説明したように本発明によれば、同期検出器上のビーム走査方向を規定することにより、コンパクトな走査光学系を提供するとともに、基板を回転調整してビーム走査位置に対する同期検出器の位置を調整する際、光源部と同期検出器とを所定の位置関係として調整幅を最適化することにより、確実な同期検出を簡易且つコンパクトな構成で実現し、レーザ走査光学装置の小型化、省スペース化及び低コスト化に貢献する。

は、本発明のレーザ走査光学装置の内部構造を示すである。 は、本発明のレーザ走査光学装置に用いられる光源部及び同期検出器が配置された基板を表面側から見た斜視図である。 は、光源部及び同期検出器が配置された基板の正面図である。 は、光源部及び同期検出器が配置された基板の回動中心を示す正面図である。 は、光源部と同期検出器とが水平に並ぶような基板の初期状態を示す正面図である。 は、基板が回動してビーム走査位置が有効検出幅の左端まで移動した状態を示す正面図である。 は、同期検出器の有効検出幅ｗ、基板の回転中心からビーム走査位置までの最短距離ｄ、及び基板の最大調整幅Ａの関係を示す表である。 は、従来のレーザ走査光学装置の構成を示す概略図である。

符号の説明

１ 基板
２ 光源部
２ｃ 回転中心
３ 同期検出器（同期検出手段）
４ ポリゴンミラー（偏向手段）
５ 走査光学系
５ａ 第１ｆθレンズ
５ｂ 第２ｆθレンズ
６ 第１折り返しミラー（光路変更手段）
７ 第２折り返しミラー（光路変更手段）
８ 入射光学系
９ コリメータレンズ
１０ シリンドリカルレンズ

Claims (7)

1. 光源部から射出されるビームを偏向走査する偏向手段と、該偏向手段により偏向されたビームの光路に配設されビームを被走査面上に結像させる走査光学系と、該走査光学系を通過したビームの一部を前記被走査面の有効露光領域外において検出する同期検出手段と、を備え、
   前記同期検出手段により検出された検出信号を主走査方向の同期に用いるレーザ走査光学装置において、
   前記光源部及び前記同期検出手段は同一基板上に配置され、前記基板はその平面内で回動可能に支持されるとともに、前記偏向手段から前記被走査面までの光路上にはビームの光路を変更する光路変更手段が少なくとも１つ配置されており、前記同期検出手段上を走査するビームの走査方向は、前記偏向手段から第１番目の前記光路変更手段に至るビームの走査平面に対し略垂直であることを特徴とするレーザ走査光学装置。
2. 前記基板は、前記光源部の略中心を回転中心として回動可能に構成されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ走査光学装置。
3. 前記回転中心から前記同期検出手段上を走査するビームの走査位置までの最短距離をｄ、前記同期検出手段の有効検出幅をｗとするとき、以下の条件式（１）乃至（３）を満たすことを特徴とする請求項２に記載のレーザ走査光学装置。
   ３≦√（２ｄｗ＋ｗ＾２）≦１５ ・・・（１）
   １５≦ｄ≦５０ ・・・（２）
   ｗ＜２．５ ・・・（３）
4. 前記同期検出手段上を走査するビームは副走査方向に集光されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレーザ走査光学装置。
5. 前記光源部から射出されるビームは、前記同期検出手段に至るまでに少なくとも１つの前記光路変更手段を介して略直角に折り曲げられることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のレーザ走査光学装置。
6. 前記光源部から射出されるビームを集光して偏向手段に入射させる入射光学系が、前記光源部と一体に設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のレーザ走査光学装置。
7. 前記基板は、前記入射光学系から前記偏向手段に至るビームの光軸を回転軸として回動することを特徴とする請求項６に記載のレーザ走査光学装置。

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