JP2007241240A - Optical scanner and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、光ビームを偏向器で偏向しつつ被走査面上を走査する光走査装置及び該光走査装置を備えた画像形成装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning apparatus and an image forming apparatus, and more particularly to an optical scanning apparatus that scans a surface to be scanned while deflecting a light beam with a deflector and an image forming apparatus including the optical scanning apparatus.
レーザプリンタやデジタル複写機などの画像形成装置では、画像情報に応じて変調された光源からの光を光偏向器及び走査レンズなどを介して感光体上に集光させるとともに、感光体上を所定の方向(主走査方向)に走査させ、感光体上に潜像(静電潜像)を形成している。そして、その潜像にトナーを付着させることにより、画像情報を顕像化させている。 In an image forming apparatus such as a laser printer or a digital copying machine, light from a light source modulated in accordance with image information is condensed on a photoconductor via an optical deflector, a scanning lens, and the like, and the photoconductor is predetermined on the photoconductor. And a latent image (electrostatic latent image) is formed on the photosensitive member. Then, the image information is visualized by attaching toner to the latent image.
近年、画像形成装置の印字速度の向上及び書込密度の向上が望まれている。それらを達成する手段の1つとして、光偏向器の偏向速度を高速化する方法がある。しかしながら、この方法では、高速回転に伴う騒音や熱等の問題があり、光偏向器の偏向速度の高速化にも限界がある。一方、別の手段として、1度に複数の光ビームを走査させる方法がある。 In recent years, it has been desired to improve the printing speed and writing density of image forming apparatuses. As one means for achieving them, there is a method of increasing the deflection speed of the optical deflector. However, this method has problems such as noise and heat accompanying high-speed rotation, and there is a limit to increasing the deflection speed of the optical deflector. On the other hand, as another means, there is a method of scanning a plurality of light beams at a time.
1度に複数の光ビームを走査可能とするマルチビーム光走査装置は、従来の1つの光ビームを発生するシングルビーム光源(1つのパッケージ内に1つの発光点を持つレーザを用いた光源)を複数の光ビームを発生するマルチビーム光源(1つのパッケージ内に複数の発光点を持つレーザアレイを用いた光源)に置きかえることで実現することができる。また、シングルビーム光源を複数個用いて、1度に複数の光ビームを走査可能とする方法も多数提案されている。 A multi-beam optical scanning device capable of scanning a plurality of light beams at a time uses a conventional single beam light source (a light source using a laser having one light emitting point in one package) that generates one light beam. This can be realized by replacing a multi-beam light source (a light source using a laser array having a plurality of light emitting points in one package) that generates a plurality of light beams. In addition, many methods have been proposed in which a plurality of single beam light sources are used and a plurality of light beams can be scanned at a time.
光源としては一般に半導体レーザが用いられており、従来は端面発光レーザがその主流であったが、近年、VCSELと呼ばれる面発光レーザが登場してきた。面発光レーザでは、端面発光レーザに比べてアレイ化が容易であることから、端面発光レーザでは4ビームから8ビーム程度が限界であったアレイ化に対して、面発光レーザでは16ビームから32ビーム、またそれ以上のアレイ化が可能となっている。そのため、画像形成装置の印字速度の向上や、書込密度向上を達成するための光源として期待されている。 A semiconductor laser is generally used as a light source, and an edge-emitting laser has been the mainstream in the past, but a surface-emitting laser called VCSEL has recently appeared. Since surface emitting lasers are easier to array than edge emitting lasers, the edge emitting lasers have a limit of about 4 to 8 beams, whereas surface emitting lasers have 16 to 32 beams. In addition, further arraying is possible. Therefore, it is expected as a light source for improving the printing speed and writing density of the image forming apparatus.
ところで、光源の光出力変動に起因する濃度変動を抑制するために、従来の端面発光レーザを用いた光走査装置では、後方への出射光をモニターしながらAPC(Auto Power Controll)制御を行っていた。しかしながら、面発光レーザではその構造上、後方への出射光を生じないため、面発光レーザを用いた光走査装置では、従来のAPC制御とは異なる光量制御が必要となる。 By the way, in order to suppress the density fluctuation caused by the light output fluctuation of the light source, the conventional optical scanning device using the edge emitting laser performs APC (Auto Power Control) control while monitoring the outgoing light. It was. However, since the surface emitting laser does not generate backward emission light due to its structure, the light scanning device using the surface emitting laser requires light amount control different from the conventional APC control.
そこで、面発光レーザを用いた場合の光量制御方法として、面発光レーザから放出される光ビームの一部を、ビームスプリッタやハーフミラー等の光学素子を用いて分岐させて光検出器に導き、その光検出器の出力に基づいて、面発光レーザの駆動電流を制御するという方法が考えられた。 Therefore, as a light amount control method when using a surface emitting laser, a part of a light beam emitted from the surface emitting laser is branched using an optical element such as a beam splitter or a half mirror, and guided to a photodetector. A method of controlling the driving current of the surface emitting laser based on the output of the photodetector has been considered.
例えば特許文献1には、面発光レーザの直前にビームスプリッタを配置して、面発光レーザからの光ビームの一部を分岐し、その分岐された光ビームを面発光レーザ近傍の光検出器で受光する光量モニタ装置が開示されている。
For example, in
しかしながら、特許文献1に開示されている光量モニタ装置では、ビームスプリッタが発散光の中に配置されているため、ビームスプリッタで分岐された光は、発散光として光検出器で受光される。そこで、分岐された光の全てを受光するためには、光検出器のサイズを大きくする必要がある。この光検出器のサイズ増大は応答性の劣化を招来する。一方、光検出器のサイズを小さくしようとすれば、更に集光手段が必要になり、コストアップを招くこととなる。
However, in the light amount monitoring device disclosed in
また、特許文献2及び特許文献3には、アパーチャの後方に配置されたハーフミラーを用いて光ビームの一部を分岐させる光走査装置が開示されている。
しかしながら、特許文献2及び特許文献3に開示されている光走査装置では、分岐された光が光源から光偏向手段に向かう光路から大きく外れているため、光検出器は必然的に光源と離れた位置に配置され、光走査装置が大型化するという不都合がある。また、光源と光検出器を光源近傍に配置するには、分岐された光の光路を光源方向に折り曲げるための折り返しミラー等が必要となり、コストアップを招くこととなる。さらに、この場合においても、光検出器のサイズを小さくしようとすれば、更に集光手段が必要になる。
However, in the optical scanning devices disclosed in Patent Document 2 and
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第1の目的は、大型化及び高コスト化を招くことなく、光源から出射された光ビームの光強度を精度良く検出することができる光走査装置を提供することにある。 The present invention has been made under such circumstances, and a first object of the present invention is to accurately detect the light intensity of the light beam emitted from the light source without causing an increase in size and cost. It is to provide an optical scanning device.
また、本発明の第2の目的は、大型化及び高コスト化を招くことなく、高品質の画像を形成することができる画像形成装置を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide an image forming apparatus capable of forming a high-quality image without causing an increase in size and cost.
本発明は、第1の観点からすると、光ビームを偏向器で偏向しつつ被走査面上を走査する光走査装置であって、光源と;前記光源から前記偏向器に照射される光ビームを整形する第1の光学系と;前記第1の光学系と前記偏向器との間の前記光ビームの光路上に配置された第2の光学系と;前記第2の光学系を介した前記光ビームの一部を前記第1の光学系を介して受光する光検出器と;を備える光走査装置である。 From a first aspect, the present invention is an optical scanning device that scans a surface to be scanned while deflecting a light beam with a deflector, and includes: a light source; and a light beam emitted from the light source to the deflector. A first optical system for shaping; a second optical system disposed on an optical path of the light beam between the first optical system and the deflector; and the second optical system via the second optical system And a photodetector that receives a part of the light beam via the first optical system.
これによれば、光源から偏向器に照射された光ビームは第1の光学系によって整形された後、第2の光学系に入射する。第2の光学系に入射した光ビームの一部はモニタ用光ビームとして第1の光学系を介して光検出器で受光される。この場合には、光検出器で受光されるモニタ用光ビームは、第1の光学系で更に整形されるため、光検出器を大きくすることなく、モニタ用光ビームのほとんどを光検出器で受光することができる。従って、大型化及び高コスト化を招くことなく、光源から出射された光ビームの光強度を精度良く検出することが可能となる。 According to this, the light beam emitted from the light source to the deflector is shaped by the first optical system and then enters the second optical system. A part of the light beam incident on the second optical system is received by the photodetector through the first optical system as a monitoring light beam. In this case, since the monitoring light beam received by the photodetector is further shaped by the first optical system, almost all of the monitoring light beam is obtained by the photodetector without enlarging the photodetector. It can receive light. Therefore, it is possible to accurately detect the light intensity of the light beam emitted from the light source without causing an increase in size and cost.
本発明は、第2の観点からすると、少なくとも1つの走査対象物と;前記少なくとも1つの走査対象物に対して画像情報が含まれる光を走査し、前記走査対象物上に像を形成する少なくとも1つの本発明の光走査装置と;前記走査対象物に形成された像を転写対象物に転写する転写装置と;を備える画像形成装置である。 According to a second aspect of the present invention, at least one scanning object; and at least one light that includes image information is scanned with respect to the at least one scanning object to form an image on the scanning object. An image forming apparatus comprising: one optical scanning device according to the present invention; and a transfer device that transfers an image formed on the scanning object to the transfer object.
これによれば、少なくとも1つの本発明の光走査装置を備えているために、高コスト化及び大型化を招くことなく、高品質の画像を形成することが可能となる。 According to this, since at least one optical scanning device of the present invention is provided, it is possible to form a high-quality image without incurring an increase in cost and size.
以下、本発明の一実施形態を図1〜図4に基づいて説明する。図1には、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ100の概略構成が示されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic configuration of a
図1に示されるレーザプリンタ100は、光走査装置900、走査対象物としての感光体ドラム901、帯電チャージャ902、現像ローラ903、トナーカートリッジ904、クリーニングブレード905、給紙トレイ906、給紙コロ907、レジストローラ対908、転写チャージャ911、定着ローラ909、排紙ローラ912、及び排紙トレイ910などを備えている。
A
帯電チャージャ902、現像ローラ903、転写チャージャ911及びクリーニングブレード905は、それぞれ感光体ドラム901の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム901の回転方向に関して、帯電チャージャ902→現像ローラ903→転写チャージャ911→クリーニングブレード905の順に配置されている。
The
感光体ドラム901の表面には、感光層が形成されている。ここでは、感光体ドラム901は、図1における面内で時計回り(矢印方向)に回転するようになっている。
A photosensitive layer is formed on the surface of the
帯電チャージャ902は、感光体ドラム901の表面を均一に帯電させる。
The
光走査装置900は、帯電チャージャ902で帯電された感光体ドラム901の表面に、上位装置(例えばパソコン)からの画像情報に基づいて変調された光を照射する。これにより、感光体ドラム901の表面では、光が照射された部分だけ電荷が消失し、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム901の表面に形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム901の回転に伴って前記現像ローラ903の方向に移動する。ところで、感光体ドラム901の長手方向(回転軸に沿った方向)は「主走査方向」と呼ばれ、感光体ドラム901の回転方向は「副走査方向」と呼ばれている。また、感光体ドラム901における走査開始位置から走査終了位置までの主走査方向の走査領域のうち、潜像が形成される領域を「有効画像形成領域」ともいう。この光走査装置900の構成については後述する。
The
トナーカートリッジ904にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ903に供給される。このトナーカートリッジ904内のトナー量は、電源投入時や印刷終了時などにチェックされ、残量が少ないときには不図示の表示部に交換を促すメッセージが表示される。
The
現像ローラ903は、回転に伴ってその表面にトナーカートリッジ904から供給されたトナーが帯電されて薄く均一に付着される。また、この現像ローラ903には、感光体ドラム901における帯電している部分(光が照射されなかった部分)と帯電していない部分(光が照射された部分)とで互いに逆方向の電界が生じるような電圧が印加されている。そして、この電圧によって、現像ローラ903の表面に付着しているトナーは、感光体ドラム901の表面の光が照射された部分にだけ付着する。すなわち、現像ローラ903は、感光体ドラム901の表面に形成された潜像にトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。ここでトナーが付着された潜像は、感光体ドラム901の回転に伴って転写チャージャ911の方向に移動する。
As the developing
給紙トレイ906には転写対象物としての記録紙913が格納されている。この給紙トレイ906の近傍には給紙コロ907が配置されており、該給紙コロ907は、記録紙913を給紙トレイ906から1枚づつ取り出し、レジストローラ対908に搬送する。該レジストローラ対908は、転写ローラ911の近傍に配置され、給紙コロ907によって取り出された記録紙913を一旦保持するとともに、該記録紙913を感光体ドラム901の回転に合わせて感光体ドラム901と転写チャージャ911との間隙に向けて送り出す。
A
転写チャージャ911には、感光体ドラム901の表面上のトナーを電気的に記録紙913に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム901の表面の潜像が記録紙913に転写される。ここで転写された記録紙913は、定着ローラ909に送られる。
A voltage having a polarity opposite to that of the toner is applied to the
この定着ローラ909では、熱と圧力とが記録紙913に加えられ、これによってトナーが記録紙913上に定着される。ここで定着された記録紙913は、排紙ローラ912を介して排紙トレイ910に送られ、排紙トレイ910上に順次スタックされる。
In the fixing
クリーニングブレード905は、感光体ドラム901の表面に残ったトナー(残留トナー)を除去する。なお、除去された残留トナーは、再度利用されるようになっている。残留トナーが除去された感光体ドラム901の表面は、再度帯電チャージャ902の位置に戻る。
The
次に、前記光走査装置900の構成及び作用について図2を用いて説明する。
Next, the configuration and operation of the
この光走査装置900は、光源ユニット10、カップリングレンズ11、アパーチャ12、平行平板ガラス13、シリンドリカルレンズ14、ポリゴンスキャナ15、2つのfθレンズ17、同期センサ18、反射ミラー19、光強度検出器20及び処理装置(図2では図示省略)などを備えている。
The
光源ユニット10は、複数の発光点を持つ面発光レーザアレイを有している。各発光点は、一例として図3に示されるように、活性層10cが2つのクラッド層(10a、10b)に挟まれており、更にそのクラッド層10aの上側及びクラッド層10bの下側に、高い反射率を有する反射面10d、10eが形成されている構造を持っている。この2つの反射面に挟まれた領域が基板に対して垂直な所謂ファブリーペロー共振器となり、活性層10c内の発振領域10fでレーザ発振が起こり、基板に対して垂直な方向、すなわち、図3に示される矢印A方向に光ビームを発振している。なお、光源ユニット10は、1つの発光点を持つ面発光レーザを複数個有していても良い。
The
平行平板ガラス13は、その光軸が、カップリングレンズ11の光軸に対して、主走査方向に対応する方向に微小角θだけ傾いて配置されている。なお、平行平板ガラス13の傾き方向及び傾き角は、光強度検出器20のレイアウトに応じて設定される。また、平行平板ガラス13は、副走査方向に対応する方向に傾けることも可能である。
The parallel
光源ユニット10から出射された発散性の光ビームは、カップリングレンズ11により略平行光とされた後、アパーチャ12で制限され、平行平板ガラス13に入射する。なお、本明細書では、「略平行光」は、厳密な平行光だけでなく、弱い収束性あるいは弱い発散性を持った光を含む。
The divergent light beam emitted from the
平行平板ガラス13に入射した光ビームの一部は平行平板ガラス13で正反射され、分岐光ビームとして略平行光状態のままアパーチャ12に向かう。なお、分岐光ビームの光路は、光源ユニット10から平行平板ガラス13に向かう光ビームの光路から大きく外れることはない。アパーチャ12を通過した分岐光ビームは、カップリングレンズ11で集束光状態となり、その集光位置近傍に配置された光強度検出器20で受光される。光強度検出器20は、受光量に応じた信号(光電変換信号)を出力する。
A part of the light beam incident on the parallel
一方、平行平板ガラス13を透過した光ビームは、シリンドリカルレンズ14に入射する。このシリンドリカルレンズ14は、主走査方向に対応する方向に細長い線像を、ポリゴンスキャナ15の偏向反射面(ポリゴンミラー面)近傍に結像する。
On the other hand, the light beam transmitted through the parallel
ポリゴンスキャナ15で偏向された光は、fθレンズ17によって結像され、感光体ドラム901表面上に光スポットとして集光する。
The light deflected by the
なお、ポリゴンスキャナ15は、ポリゴンモータ(不図示)によって一定の速度で回転しており、その回転に伴って偏向反射面近傍に結像された光は等角速度的に偏向され、感光体ドラム901上の光スポットは、主走査方向に等速移動する。すなわち、感光体ドラム901上を主走査方向に走査する。
The
また、fθレンズ17を透過して有効画像領域EA外に向かう光ビームの一部は、反射ミラー19を介して同期センサ18で受光される。同期センサ18は、受光量に応じた信号(光電変換信号)を出力する。
Further, a part of the light beam that passes through the
処理回路は、図4に示されるように、信号調整回路60、変調データ生成回路30、シリアル信号生成回路35、画像データ生成回路40、光量制御回路55及びレーザ駆動回路50などを有している。
As shown in FIG. 4, the processing circuit includes a
信号調整回路60は、同期センサ18の出力信号を増幅、反転及び2値化して信号S18を生成する。そこで、同期センサ18に光が入射すると信号S18は「H(ハイレベル)」から「L(ローレベル)」に変化する。また、信号調整回路60は、光強度検出器20の出力信号を増幅及び2値化して信号S20を生成する。
The
画像データ生成回路40は、上位装置からの画像情報に基づいて、画像データを生成する。
The image
変調データ生成回路30は、信号調整回路60からの信号S18及び画像データ生成回路40からの画像データに基づいて変調データを生成する。
The modulation
シリアル信号生成回路35は、変調データ生成回路30からの変調データをシリアル信号に変換する。
The serial signal generation circuit 35 converts the modulation data from the modulation
光量制御回路55は、信号調整回路60からの信号S20に基づいて、光源ユニット10から出射される光ビームの光強度が所定の値を維持するようにAPC情報を生成する。
Based on the signal S20 from the
レーザ駆動回路50は、シリアル信号生成回路35からのシリアル信号及び光量制御回路55からのAPC情報に基づいて、光源ユニット10の面発光レーザアレイの駆動信号を生成する。ここで生成された駆動信号は光源ユニット10に出力される。
The
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る光走査装置900では、カップリングレンズ11によって第1の光学系が実現され、平行平板ガラス13によって第2の光学系が実現され、光強度検出器20によって光検出器が実現されている。
As is clear from the above description, in the
また、本実施形態に係るレーザプリンタ100では、帯電チャージャ902と現像ローラ903とトナーカートリッジ904と転写チャージャ911とによって転写装置が構成されている。
In the
以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置900によると、光源ユニット10から出射された発散性の光ビームは、カップリングレンズ11により略平行光とされた後、アパーチャ12を介して平行平板ガラス13に入射し、一部の光ビームは平行平板ガラス13で正反射され、略平行光状態のままアパーチャ12に向かう。そして、アパーチャ12を通過した光ビームは、カップリングレンズ11で集束光状態となり、そのほとんどが光強度検出器20で受光される。これにより、光強度検出器20を従来よりも小型化することができる。また、平行平板ガラス13で光ビームを分岐しているため、安易な構成とすることができる。さらに、光源ユニット10と光強度検出器20とを互いに近接して配置することができる。従って、大型化及び高コスト化を招くことなく、光源から出射される光ビームの光強度を精度良く検出することが可能となる。
As described above, according to the
また、本実施形態に係るレーザプリンタ100によると、光走査装置900を備えているため、大型化及び高コスト化を招くことなく、感光体ドラム901上に形成される光スポットの光強度変動を抑えることができる。すなわち、画像における濃度変動を抑えることができる。従って、大型化及び高コスト化を招くことなく、高品質の画像を形成することが可能となる。なお、光スポットの光強度変動は、光源ユニットから出射される光ビームにおける発散角のばらつき、光学素子の透過率及び反射率の偏光依存性に起因して発生する。
Further, according to the
さらに、本実施形態に係るレーザプリンタ100によると、光源に面発光レーザアレイを用いているために、1度に複数の光ビームを走査可能であり、印字速度の向上及び書込密度の向上を実現することができる。なお、印字速度及び書込密度が同じ場合には、1度に1本の光ビームを走査する従来のレーザプリンタに比べて、ポリゴンスキャナ15の回転速度を低減することが可能となるため、消費電力の低下、回転運動に伴う騒音の低下や熱発生の低下に貢献できる。
Further, according to the
なお、上記実施形態において、一例として図5に示されるように、前記光源ユニット10と前記光強度検出器20は一体化されても良い。この場合に、回路基板が光源ユニット用と光強度検出器用とで共用されていても良い。これにより、回路基板サイズを縮小することができる。また、機能集約を図ることができる。従って、小型化及び低コスト化を更に促進することができる。
In the above embodiment, as shown in FIG. 5 as an example, the
また、上記実施形態において、一例として図6に示されるように、前記アパーチャ12が、前記平行平板ガラス13と前記シリンドリカルレンズ14との間に配置されても良い。
Moreover, in the said embodiment, as FIG. 6 shows as an example, the said
また、上記実施形態において、一例として図7に示されるように、前記アパーチャ12が、前記平行平板ガラス13と一体化されても良い。これにより、組立時の部品点数を減らすことが可能となる。また、調整工程を一部簡素化することが可能となる。
Moreover, in the said embodiment, as FIG. 7 shows as an example, the said
また、上記実施形態において、前記平行平板ガラス13に代えて、一例として図8に示されるように、回折光学素子23を用いても良い。この場合も、回折光学素子23は、その光軸が、前記カップリングレンズ11の光軸に対して、主走査方向に対応する方向に微小角θだけ傾いて配置されている。前記アパーチャ12を通過した光ビームが回折光学素子23に入射すると、0次光の透過光が前記ポリゴンスキャナ15に向かい、回折による高次透過光の一部が前記分岐光ビームとなる。この分岐光ビームは、折り返しミラー21によってその光路が偏向されて、前記アパーチャ12及び前記カップリングレンズ11を介して前記光強度検出器20で受光される。この場合においても、分岐光ビームの光路は、光源ユニット10から回折光学素子23に向かう光ビームの光路から大きく外れることはない。なお、回折光学素子23は、副走査方向に対応する方向に傾けることも可能である。そして、回折光学素子23は、回折格子の周期Λによって、回折角を制御できるので、前記光強度検出器20のレイアウトに応じて、傾き方向及び傾き角を調整することができる。また、回折格子の深さDによって、回折効率を調整することも可能である。すなわち、レイアウトにおける自由度の高い設計ができる。
Moreover, in the said embodiment, it may replace with the said
なお、この場合に、一例として図9に示されるように、回折による高次反射光を前記分岐光ビームとすることができる。この分岐光ビームは、光源ユニット10から回折光学素子23に向かう光ビームの光路から大きく外れることなく反射され、前記アパーチャ12及び前記カップリングレンズ11を介して前記光強度検出器20で受光される。この場合には、上記折り返しミラー21が不要となる。
In this case, as shown in FIG. 9 as an example, higher-order reflected light by diffraction can be used as the branched light beam. The branched light beam is reflected without significantly deviating from the optical path of the light beam directed from the
また、上記実施形態において、前記平行平板ガラス13に代えて、一例として図10に示されるように、構造複屈折を発現する周期構造を有する回折格子が形成されている回折光学素子24を用いても良い。
Moreover, in the said embodiment, it replaces with the said
屈折率の異なる2つの媒質(例えば、一方が空気で、他方が等方性媒質)が、SWS(Subwavelength Structure;サブ波長構造)とも呼ばれる、入射光の波長よりも小さい周期構造をなしている回折格子では、構造複屈折が発現する。従来、複屈折を利用するには、水晶や方解石などの複屈折性結晶を用いる必要があり、その複屈折性は物質固有の特性であることから複屈折性を変えることは難しかった。それに対して構造複屈折を利用する場合は、特別な結晶を用いる必要はなく、一般的な媒質の形状によって複屈折性を変えることができるため、比較的容易に制御することが可能である。これによって、複屈折性結晶を用いない偏光ビームスプリッタなどが実現できる。 Diffraction in which two media having different refractive indices (for example, one is air and the other isotropic medium) has a periodic structure smaller than the wavelength of incident light, also called SWS (Subwavelength Structure). In the grating, structural birefringence appears. Conventionally, in order to use birefringence, it has been necessary to use a birefringent crystal such as quartz or calcite. Since the birefringence is a property specific to a substance, it has been difficult to change the birefringence. On the other hand, when structural birefringence is used, it is not necessary to use a special crystal, and the birefringence can be changed depending on the shape of a general medium, so that it can be controlled relatively easily. Thereby, a polarizing beam splitter or the like that does not use a birefringent crystal can be realized.
さらに、構造複屈折は、上記2つの媒質が、入射光の波長程度からその数倍以下の周期構造、いわゆる共鳴領域の周期構造(共鳴構造)をなしている回折格子においても発現することが知られている。 Furthermore, it is known that structural birefringence is also manifested in diffraction gratings in which the above two media have a periodic structure that is approximately several times the wavelength of incident light, that is, a so-called resonant region periodic structure (resonant structure). It has been.
そこで、回折光学素子24の回折光学面には、サブ波長構造又は共鳴構造の回折格子が形成されていれば良い。
Therefore, a diffraction grating having a subwavelength structure or a resonance structure may be formed on the diffractive optical surface of the diffractive
従って、回折光学素子24は、活性層と水平方向に電界成分を持つTE偏光と、活性層と水平方向に磁界成分を持つTM偏光に対して、互いに異なる振る舞いを持つことが可能である。例えば、回折効率の偏光依存性などがその1つである。このように、回折光学素子24は、その回折効率に偏光依存性を示すことから、偏光制御機能をもった光束分岐手段とすることができるのである。
Therefore, the diffractive
例えば、回折光学素子24が、図11に示されるように、TM偏光(紙面上下方向の直線偏光)に対しては、0次透過効率が90%を超え、−1次反射効率が10%以下となり、TE偏光(紙面垂直方向の直線偏光)に対しては、90%以上の−1次透過効率を持つように設計することが可能である。この場合に、回折光学素子24にTM偏光が入射すると、その大部分は回折光学素子24を透過してポリゴンスキャナ15に向かい、わずかな残りが−1次反射によって前記分岐光ビームとなる。従って、感光体ドラム901上を走査する光ビームに悪影響を及ぼすことはない。また、回折光学素子24は、TE偏光のほとんどを−1次透過させるので、ポリゴンスキャナ15へ向かうTE偏光は非常に少ない。従って、入射光にTE偏光が含まれていても、回折光学素子24でカット(すなわち偏光制御)できる。
For example, as shown in FIG. 11, the diffractive
回折光学素子24の回折格子の設計例を示す。
A design example of the diffraction grating of the diffractive
波長λ=0.633μm、格子の屈折率N=1.456、格子周期Λ=0.35μm、フィルファクタf=0.5、格子深さD=0.7μmとし、格子への入射角θ=65degとする。このとき、−1次反射角θ´は、次の(1)式で示される格子方程式により、−64.4degであり、ほぼ入射光と同じ方向へ反射される。すなわち、分岐光ビームの光路は、光源ユニット10から回折光学素子24に向かう光ビームの光路から大きく外れることはない。
The wavelength λ = 0.633 μm, the refractive index N = 1.456 of the grating, the grating period Λ = 0.35 μm, the fill factor f = 0.5, the grating depth D = 0.7 μm, and the incident angle θ = 65 deg. At this time, the minus first-order reflection angle θ ′ is −64.4 deg according to the lattice equation represented by the following equation (1), and the light is reflected in substantially the same direction as the incident light. That is, the optical path of the branched light beam does not greatly deviate from the optical path of the light beam that travels from the
sinθ+mλ/Λ=sinθ´ ……(1) sinθ + mλ / Λ = sinθ ′ (1)
サブ波長構造又は共鳴構造の回折格子では、その格子周期Λを選択することによって、0次光以外に−1次回折光のみを発生させることができる。すなわち、それ以上の回折光が発生しないことから、−1次回折光の光強度を高くすることが可能である。すなわち、分岐光ビームの光強度を高めることができる。 In the diffraction grating having the sub-wavelength structure or the resonance structure, only the −1st order diffracted light can be generated in addition to the 0th order light by selecting the grating period Λ. That is, since no more diffracted light is generated, the light intensity of the −1st order diffracted light can be increased. That is, the light intensity of the branched light beam can be increased.
また、上記実施形態において、前記平行平板ガラス13に代えて、一例として図12に示されるように、入射する光ビームに含まれるy方向に対して角度αだけ傾斜した方向(T方向とする)の偏光成分(以下、便宜上「T方向成分」ともいう)は透過させ、入射する光ビームに含まれるT方向に直交する方向(R方向とする)の偏光成分(以下、便宜上「R方向成分」ともいう)は反射するような偏光依存性を有する光学素子25を用いても良い。なお、光源ユニット10から出射される光ビームは図12のy方向を偏光方向とする直線偏光であるものとする。また、ここでは、透過及び反射とは、透過回折や反射回折は含まず、所謂スネルの法則に従う透過及び反射である。
Moreover, in the said embodiment, it replaces with the said
この場合には、光源ユニット10からの光ビームは、そのT方向成分が光学素子25を透過し、R方向成分が光学素子25で反射される。すなわち、光源ユニット10からの光ビームは、光学素子25によって偏光制御される。そして、光学素子25を透過したT方向成分はシリンドリカルレンズ14に入射し、光学素子25で反射されたR方向成分は前記分岐光ビームとして光強度検出器20で受光されることとなる。
In this case, the light beam from the
また、この場合には、光学素子25の光軸を中心軸としたときの、光源ユニット10に対する光学素子25の相対回転角度(図12における角度α)に応じて、光学素子25で反射されるR方向成分の光量が異なる。そこで、光学素子25で反射されるR方向成分の光量が所望の光量となるように、光学素子25を取り付ける際に相対回転角度を調整することができる。なお、逆に、光学素子25で反射されるR方向成分の光量が所望の光量となるように、光源ユニット10を取り付ける際に相対回転角度を調整しても良い。
In this case, the
すなわち、光走査装置900の設計段階において、あらかじめ光学素子25に付与されたT方向成分の透過率及びR方向成分の反射率の値に加え、相対回転角度を調整することにより、光学素子25で反射されるR方向成分の光量を変化させることができる。例えば、図13に示されるように、光学素子25の下方の一端からくさび型部材26を出し入れすることによって、光学素子25をその光軸回りに回動させ、相対回転角度を調整することができる。なお、この場合には、くさび型部材26を出し入れするための駆動系(図示省略)を備えることとなる。また、この駆動系を外部からの信号によって制御可能としても良い。外部からの信号による制御としては、例えば、画像形成装置本体の動作試験に基づく人による制御や、画像形成装置本体の自動的なセルフ試験に基づく制御などがある。なお、相対回転角度を調整する調整機構にはすでに公知となった他の機構を用いても良い。
That is, in the design stage of the
さらに、マルチビーム光源の回転による書込密度の変化に応じて、光学素子25の光軸まわりに関する角度を調整しても良い。また、光強度検出器20の出力信号及び同期センサ18の出力信号に応じて、光学素子25の光軸まわりに関する角度を調整しても良い。これにより、安定した光ビーム検出が可能となる。
Furthermore, the angle about the optical axis of the
光学素子25としては、特に、T方向成分のほとんど(実際上で約95%以上)を透過させ、R方向成分のほとんど(実際上で約95%以上)を反射するような偏光分離素子(ここでは「偏光分離ミラー」と呼ぶ)であることが望ましい。これにより、光学素子25に入射する光ビームを低損失で使用することができるので、光学系としての光利用効率を高めることができる。
As the
偏光分離ミラーは一般には誘電多層膜などの多層膜構造によって構成することができる。一方で、近年では微細加工技術の進展に伴い、使用する波長よりも小さな周期構造を設けた回折光学面が形成できるようになってきた。これらは所謂サブ波長構造の回折光学面であり、ワイヤーグリッド偏光子や、フォトニック結晶偏光子などが実現されている。これらの偏光子は、従来の誘電体多層膜構造などではできなかった、垂直入射時、または垂直入射に近い入射角度(10度以下程度)においても、透過と反射といった偏光分離効果が発現するため、そのレイアウトを容易にすることができる。 In general, the polarization separation mirror can be constituted by a multilayer film structure such as a dielectric multilayer film. On the other hand, in recent years, with the progress of microfabrication technology, it has become possible to form a diffractive optical surface provided with a periodic structure smaller than the wavelength used. These are diffractive optical surfaces having a so-called sub-wavelength structure, and wire grid polarizers, photonic crystal polarizers, and the like are realized. These polarizers exhibit polarization separation effects such as transmission and reflection even at normal incidence or at an incident angle close to normal incidence (about 10 degrees or less), which was not possible with conventional dielectric multilayer structures. Its layout can be facilitated.
さらに、ここでは、微細な金属ワイヤーを誘電体中に周期的に配列するワイヤーグリッド偏光子や、周期構造膜を数10〜100層以上に積層するフォトニック結晶偏光子よりも、構造が簡単なサブ波長構造の回折光学面を持った偏光分離ミラー27を提案する。この偏光分離ミラー27は、一例として図14に示されているように、基板27bと、該基板27bの一方の面に形成された一層の凹凸部27aとを有しており、入射側媒質(空気)から波長λの光ビームが凹凸部27aに垂直あるいは垂直に近い角度で入射する。凹凸部27aは、ほぼ矩形状をしており、回折光学面である。なお、図14では、偏光方向が紙面に垂直な方向の光をTE偏光、偏光方向が紙面上下方向の光をTM偏光としている。
Furthermore, here, the structure is simpler than a wire grid polarizer in which fine metal wires are periodically arranged in a dielectric or a photonic crystal polarizer in which a periodic structure film is laminated in several 10 to 100 layers or more. A
具体的には、サブ波長構造である格子周期をΛ(<λ)を0.4μm、凹凸部27aにおける凸部の幅aを0.24μm、凹凸部27aにおける凹部の深さdを0.18μm、凹凸部27aの屈折率を2.27、基板27bの屈折率を1.456とし、この偏光分離ミラー27に、λ=0.633μmの光ビームが凹凸部27aに垂直に入射したときの透過率及び反射率をRCWA(厳密結合波解析)にて計算すると、TE偏光に対する透過率は99.95%、反射率は0.05%であり、TM偏光に対する透過率は0.54%、反射率は99.46%である。すなわち、TE偏光のほとんどを透過させ、TM偏光のほとんどを反射することができる。このような偏光分離ミラー27は、ナノインプリント法などにより容易に製造することが可能である。
Specifically, the sub-wavelength structure has a grating period of Λ (<λ) of 0.4 μm, the convex portion width a of the concave and
このように、入射側媒質(空気)と基板27bの間に、二層以上設けたり、格子部を二重周期構造にしたりせずに、所謂アスペクト比が1以下と小さく、ナノインプリント法などによる加工性にも優れた偏光分離ミラーが実現できる。
As described above, the so-called aspect ratio is as small as 1 or less without forming two or more layers between the incident-side medium (air) and the
前記平行平板ガラス13に代えて偏光分離ミラー27を用いる場合においても、前記光源ユニット10と前記光強度検出器20は一体化されても良い(図15参照)。また、前記アパーチャ12が、偏光分離ミラー27と前記シリンドリカルレンズ14との間に配置されても良い(図16参照)。さらに、前記アパーチャ12が、偏光分離ミラー27と一体化されても良い(図17参照)。
Even when the
また、上記実施形態における光量制御法は、従来からの端面発光レーザを用いた場合にも、外部からの光量制御法として適用することが可能である。 The light quantity control method in the above embodiment can be applied as a light quantity control method from the outside even when a conventional edge-emitting laser is used.
また、前記光強度検出器20の受光領域は、1つのエリアであっても良いし、複数のエリアから構成されていても良い。そして、前記光強度検出器20の受光領域が1つのエリアのときに、時分割によって、個々の発光点から出射された光ビームの光強度を測定することができる。また、前記光強度検出器20の受光領域が複数のエリアから構成されているときに、各エリアを発光点1つ1つに対応させることによって、個々の発光点から出射された光ビームの光強度を測定することもできる。さらに、複数の発光点をまとめて測定することもできるし、発光点の特性や安定性に応じて、光強度の測定の仕方を選ぶことが可能である。
Further, the light receiving area of the
また、上記実施形態では、第1の光学系として1つの光学素子を用いる場合について説明したが、第1の光学系が複数の光学素子から構成されても良い。 In the above-described embodiment, the case where one optical element is used as the first optical system has been described. However, the first optical system may include a plurality of optical elements.
また、カラー画像を形成する画像形成装置であっても、カラー画像に対応した光走査装置を用いることにより、大型化及び高コスト化を招くことなく、高品質の画像を形成することが可能となる。 Further, even in an image forming apparatus that forms a color image, it is possible to form a high-quality image without causing an increase in size and cost by using an optical scanning device corresponding to the color image. Become.
また、画像形成装置として、カラー画像に対応し、画像情報毎に感光ドラムを備えるタンデムカラー機であっても良い。一例として図15に示されるタンデムカラー機は、Y画像情報用の感光ドラム901aにY画像情報の潜像を形成する光走査装置900aと、M画像情報用の感光ドラム901bにM画像情報の潜像を形成する光走査装置900bと、C画像情報用の感光ドラム901cにC画像情報の潜像を形成する光走査装置900cと、K画像情報用の感光ドラム901dにK画像情報の潜像を形成する光走査装置900dと、を有している。
The image forming apparatus may be a tandem color machine that corresponds to a color image and includes a photosensitive drum for each piece of image information. As an example, the tandem color machine shown in FIG. 15 has an
また、上記実施形態では、画像形成装置がレーザプリンタ100の場合について説明したが、これに限らず、例えば、光走査装置900を備えたデジタル複写機、スキャナ、ファクシミリ、及びいわゆる複合機であっても良い。要するに、光走査装置900を備えた画像形成装置であれば、大型化及び高コスト化を招くことなく、高品質の画像を形成することが可能となる。
In the above-described embodiment, the case where the image forming apparatus is the
10…光源ユニット、11…カップリングレンズ(第1の光学系)、13…平行平板ガラス(第2の光学系)、20…光強度検出器(光検出器)、23…回折光学素子(第2の光学系)、24…回折光学素子(第2の光学系)、25…光学素子(第2の光学系)、26…くさび型部材(調整機構の一部)、27…偏光分離ミラー(第2の光学系)、100…レーザプリンタ(画像形成装置)、900…光走査装置、901…感光体ドラム(走査対象物)、902…帯電チャージャ(転写装置の一部)、903…現像ローラ(転写装置の一部)、904…トナーカートリッジ(転写装置の一部)、909…定着ローラ(転写装置の一部)、911…転写チャージャ(転写装置の一部)、913…記録紙(転写対象物)。
DESCRIPTION OF
Claims (17)
光源と;
前記光源から前記偏向器に照射される光ビームを整形する第1の光学系と;
前記第1の光学系と前記偏向器との間の前記光ビームの光路上に配置された第2の光学系と;
前記第2の光学系を介した前記光ビームの一部を前記第1の光学系を介して受光する光検出器と;を備える光走査装置。 An optical scanning device that scans a surface to be scanned while deflecting a light beam with a deflector,
With a light source;
A first optical system for shaping a light beam emitted from the light source to the deflector;
A second optical system disposed on an optical path of the light beam between the first optical system and the deflector;
And a photodetector that receives a part of the light beam via the second optical system via the first optical system.
前記第2の光学系を介した前記光ビームの一部は、前記回折光学面による回折光であることを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。 The second optical system has a diffractive optical surface;
2. The optical scanning device according to claim 1, wherein a part of the light beam transmitted through the second optical system is diffracted light by the diffractive optical surface.
前記少なくとも1つの走査対象物に対して画像情報が含まれる光ビームを走査し、前記少なくとも1つの走査対象物上に像を形成する少なくとも1つの請求項1〜15のいずれか一項に記載の光走査装置と;
前記少なくとも1つの走査対象物に形成された像を転写対象物に転写する転写装置と;を備える画像形成装置。 At least one scan object;
The at least one scanning object is scanned with a light beam including image information to form an image on the at least one scanning object. An optical scanning device;
An image forming apparatus comprising: a transfer device that transfers an image formed on the at least one scanning object to the transfer object.
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