JPH04328513A

JPH04328513A - レーザビーム走査光学系

Info

Publication number: JPH04328513A
Application number: JP3097817A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakamura; 弘中村; Masanori Murakami; 正典村上
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1991-04-30
Filing date: 1991-04-30
Publication date: 1992-11-17
Also published as: US5260570A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザビーム走査光学
系、特に電子写真複写機、レーザプリンタ、ファクシミ
リ等の画像形成装置の画像書き込み用ヘッドとして使用
されるレーザビーム走査光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、レーザプリンタやファクシミリ
等の画像形成装置に組み込まれるレーザビーム走査光学
系は、レーザダイオードから放射されるレーザビームを
偏向器（ポリゴンミラー）で一平面上に等角速度で偏向
走査し、ｆθレンズ系あるいはｆθミラー系で走査速度
を補正したうえで走査ライン（感光体）上に結像させる
。そして、１走査ごとの画像書き出し開始位置を検出す
るため、偏向器で偏向走査されたレーザビームの走査開
始部分がフォトセンサ（ＳＯＳセンサ）を照射するよう
に構成されている。

【０００３】従来、ＳＯＳセンサはレーザダイオードと
は別のパッケージに収納されて別部品として取り扱われ
ており、レーザダイオードのドライブ基板とＳＯＳセン
サの検出回路基板とはハーネスで接続していた。しかし
、この構成ではハーネスに外部からのノイズが侵入し易
いという問題点を有している。一方、プリントスピード
の低速化によって面数の少ないポリゴンミラーが使われ
始めている。この場合、ポリゴンミラーで反射されたビ
ームがレーザダイオードへ戻ってくる。そこで、本出願
人はレーザダイオードの光量モニタ用フォトダイオード
（レーザダイオードの裏側に設置されている）をＳＯＳ
センサとして兼用することを提案した（特開平１−１６
４９１４号公報参照）。しかし、戻り光がレーザダイオ
ードを照射することは必ずしも好ましいものではない。

【０００４】

【発明の目的、構成、作用】そこで、本発明の目的は、
レーザ光源とＳＯＳセンサとを一つのパッケージにコン
パクトに収納し、部品点数、組立工数の少ないレーザビ
ーム走査光学系を提供することにある。さらに、本発明
の目的は、偏向器で反射されたビームがＳＯＳセンサへ
入射してもレーザ光源へは入射することのないレーザビ
ーム走査光学系を提供することにある．さらに、本発明
の目的はＳＯＳセンサの検出出力の立ち上がり特性が良
好なレーザビーム走査光学系を提供することにある。

【０００５】以上の目的を達成するため、本発明に係る
レーザビーム走査光学系は、レーザ光源と１走査ごとの
画像書き出し開始位置を検出するフォトセンサとを一つ
のパッケージに隣接して収納し、さらに前記パッケージ
の正面にレーザ光源から放射されたビームを集光する第
１の集光レンズと、偏向器で反射されたビームをフォト
センサの受光面へ集光するための第２の集光レンズとを
設けたことを特徴とする。

【０００６】以上の構成において、レーザ光源とフォト
センサとは一つのパッケージにまとめられ、部品点数、
組立工程共に減少し、光学系のハウジングにスペース効
率よく組み込むことが可能となる。さらに、本発明に係
るレーザビーム走査光学系は、前記偏向器からの反射ビ
ームが前記フォトセンサ、レーザ光源、記録媒体の順序
で走査し、反射ビームがレーザ光源を走査するタイミン
グ時にはレーザ光源の発光を停止させることを特徴とす
る。

【０００７】以上の構成においては、偏向器からの反射
ビームが確実にフォトセンサへ入射すると共に、反射ビ
ームがレーザ光源へ入射する不具合が防止される。さら
に、本発明に係るレーザビーム走査光学系は、前記フォ
トセンサの受光面端部が第２の集光レンズの焦点位置に
対応して配置されていることを特徴とする。フォトセン
サの受光面へ入射するビームは第２の集光レンズの焦点
位置において最も絞り込まれている。従って、最も絞り
込まれたビームがセンサ受光面端部を照射することによ
り、フォトセンサの検出信号の立ち上がりが速くなり、
かつ、ノイズの影響が小さくなる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明に係るレーザビーム走査光学系
の実施例につき、添付図面に従って説明する。［第１実施例、図１〜図６参照］図１、図２は、第１実
施例としてのレーザビーム走査光学系を示す。この光学
系１０は、光源ユニット１１、シリンドリカルレンズ２
０、四つの反射面を有するポリゴンミラー２１、ｆθレ
ンズ２２、平面ミラー２６をハウジング４０に取り付け
たものである。

【０００９】以下に詳述する光源ユニット１１から出射
されたレーザビームは、シリンドリカルレンズ２０を通
過することによりポリゴンミラー２１の反射面付近にそ
の偏向面に一致する直線状に収束される。ポリゴンミラ
ー２１は矢印ａ方向に一定速度で回転駆動され、レーザ
ビームを連続的に等角速度で偏向走査する。走査された
レーザビームはｆθレンズ２２を透過した後、平面ミラ
ー２６で反射され、ハウジング４０のスリット４１を通
じて感光体ドラム１上で結像する。このとき、レーザビ
ームは感光体ドラム１の軸方向に等速で走査され、これ
を主走査と称する。また、感光体ドラム１の矢印ｂ方向
への回転に基づく走査を副走査と称する。

【００１０】以上の構成において、光源ユニット１１か
らのレーザビームのオン，オフと、前記主走査、副走査
とによって感光体ドラム上に画像（静電潜像）が形成さ
れる。ｆθレンズ２２は、球面凹レンズ２３、トロイダ
ルレンズ２４、球面凸レンズ２５とで構成され、主走査
方向に対するレーザビームの走査速度を走査域の中心部
から両端部にわたって均等となるように（歪曲収差を）
補正する。

【００１１】ここで、光源ユニット１１について説明す
る。図３に示すように、光源ユニット１１はケース１２
にレーザダイオード１５と画像書き込みスタート位置を
検出するためのフォトダイオード１６（ＳＯＳセンサ）
を隣設したものである。ケース１２は裏面で回路基板１
３と一体的に結合され、その開口部にはフレネルレンズ
１７が設置されている。回路基板１３はレーザダイオー
ド１５の駆動回路とフォトセンサ１６の検出回路を組み
込んだものである。

【００１２】フレネルレンズ１７は二つのレンズ部１７
ａ，１７ｂを有している。各レンズ部１７ａ，１７ｂは
、ミクロンオーダの周期を持つ格子状同心円パターンの
集合で、その断面を鋸歯状に成形したものである。この
フレネルレンズは屈折効果と回折効果を有し、格子の各
部分で光が曲げられる。平行光が入射すると一点（焦点
）に収束され、焦点から放射された拡散光は平行光とさ
れる（図４参照）。

【００１３】ここで、使用されているフレネルレンズ１
７はポリカーボネイトからなり、波長７８０ｎｍのレー
ザビームに対応するように設計されている。また、フレ
ネルレンズ１７は格子形成面を内側にしてケース１２に
取り付けられている。これは格子形成面を保護するため
である。前記レーザダイオード１５はその発光部がレン
ズ部１７ａの焦点に位置するように設置されている。従
って、レーザダイオード１５から放射された拡散光はレ
ンズ部１７ａで平行光に集光され、シリンドリカルレン
ズ２０を透過してポリゴンミラー２１へ到る。

【００１４】また、フォトダイオード１６はその受光面
がレンズ部１７ｂの焦点に位置するように設置されてい
る。従って、レンズ部１７ｂから入射したビームはフォ
トダイオード１６の受光面上で結像する。ところで、ポ
リゴンミラー２１は反射面が４面と少なく、１走査の開
始直後にレーザビームはシリンドリカルレンズ２０を介
して光源ユニット２１へも反射される。この反射ビーム
は図３中左方から右方へ移動し（矢印Ａ方向）、まず、
レンズ部１７ｂからフォトダイオード１６を照射する。これによって、フォトダイオード１６が導通状態となり
、ＳＯＳ検出信号を発する。次に、反射ビームはレーザ
ダイオード１５を照射することとなるが、その直前でレ
ーザダイオード１５はオフされる（図６参照）。その後
、レーザダイオード１５は画像書き込み開始位置からオ
ンされ、画像情報に応じて変調（オン，オフ）されるこ
ととなる。画像書き込み開始タイミングはフォトダイオ
ード１６がオンしてから所定の時間として各機械ごとに
調整されている。

【００１５】以上の構成からなる光源ユニット１１は、
薄型、軽量で焦点距離の短いフレネルレンズ１７を用い
たため、レーザダイオード１５とフォトダイオード１６
とをケース１２内にコンパクトに収納できる。従来は、
フォトダイオードをレーザダイオードとは独立してハウ
ジングに組み込んでいたのであるが、本実施例によれば
一つの部品として取り扱うことができる。また、フレネ
ルレンズは成形法で量産でき、研摩工程も不要であると
いう利点を有する。

【００１６】さらに、フォトダイオード１６がレーザダ
イオード１５に隣接しているため、レーザダイオード１
５の駆動回路とフォトダイオード１６の検出回路を一つ
の回路基板１３上にまとめることができ、光学系のスペ
ース効率が向上する。しかも、従来、二つの基板を接続
するハーネスに外界からノイズが侵入していたが、本実
施例ではハーネスが不要となるためノイズが侵入するこ
ともない。

【００１７】さらに、ポリゴンミラー２１からの反射ビ
ームは、まず、フォトダイオード１６を照射し、レーザ
ダイオード１５を照射するときにはレーザダイオード１
５自体をオフし、その後変調させて感光体ドラム１上を
走査するようにしたため、確実にＳＯＳ信号を発生させ
ることができ、かつ、反射ビームがレーザダイオード１
５に入射する不具合を避けることができる。仮に、フォ
トダイオード１６をレーザダイオード１５に対して走査
方向（矢印Ａ方向）下流側に設置すると、レーザダイオ
ード１５のオン，オフのタイミングがとりにくくなる。即ち、タイミングが少しでも早くなると反射ビームがレ
ーザダイオード１５を照射するおそれがある。タイミン
グが少しでも遅れるとビームが不安定な状態であるいは
オフ状態でフォトダイオード１６上を通過してしまうお
それがある。

【００１８】［第２実施例、図７、図８参照］本第２実
施例は、図７、図８（Ａ）に示すように、光源ユニット
１１’内において、フォトダイオード１６をその受光面
１６ａの端部１６ｂがレンズ部１７ｂの焦点に位置する
ように設置した。他の構成及びレーザダイオード１５を
オン，オフさせるタイミング（図６参照）は前記第１実
施例と同様である。

【００１９】図８（Ａ）に示すように、ポリゴンミラー
２１からの反射ビームが矢印Ａ方向に走査する際、レン
ズ部１７ｂで集光されたビームはＢ１＞Ｂ２＞Ｂ３と順
次絞り込まれ、焦点と一致するＢ３が最も小さく絞り込
まれ、以降Ｂ３＜Ｂ４＜Ｂ５と太くなる。従って、受光
面１６ａの端部１６ｂをレンズ部１７ｂの焦点に位置さ
せることにより、最も絞り込まれたビームＢ３が受光面
１６ａを照射することとなる。

【００２０】図８（Ｂ）はフォトダイオード１６のビー
ム検出出力を示し、ビームＢ３が照射することによって
、出力がしきい値まで立ち上がる時間が速く、感度が向
上することとなる。図９は、比較のため、受光面１６ａ
の中心部をレンズ部１７ｂの焦点に位置させた例を示し
、出力の立ち上がりは若干遅れる（図９（Ｂ）参照）。図８（Ｃ）及び図９（Ｃ）はＳＯＳ信号の波形を示す。

【００２１】また、図８、図９中（Ｂ），（Ｃ）におい
て、一点鎖線は、検出出力にノイズが乗った場合を示す
。この場合においても、絞り込まれたビームＢ３を受光
面端部１６ｂに照射させた方が、ノイズの影響を小さく
できることが明らかである。［他の実施例］なお、本発明に係るレーザビーム走査光
学系は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の
範囲内で種々に変更することができる。

【００２２】例えば、前記実施例では光源ユニット１１
から平行光を出射し、これをｆθレンズ２２を介して感
光体上へ結像させるものを示したが、光源ユニット１１
から収束光を出射するようにしてもよく、あるいはｆθ
レンズ２２に代えてｆθミラーを用いてもよい。収束光
を出射する場合にはレーザダイオード１５の発光部をレ
ンズ部１７ａの焦点よりも若干遠くに設定すればよい。

【００２３】また、集光レンズとして必ずしもフレネル
レンズを用いる必要はなく、レンズ部１７ａにはガラス
レンズを用いてもよい。また、レンズ部１７ｂにはシリ
ンドリカルレンズを用いてもよい。また、偏向器として
はポリゴンミラー以外にガルバノミラーを用いてもよい
。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、レーザ光源とＳＯＳセンサと、それらの集光レ
ンズを一つのパッケージに収納したため、部品点数が減
少し、光学系のハウジングへの組み込み作業も容易であ
る。しかも、レーザ光源の駆動回路とＳＯＳセンサの検
出回路を一つの回路基板で構成でき、外部からのノイズ
の侵入を防止できる。

【００２５】また、偏向器からの反射ビームがＳＯＳセ
ンサ、レーザ光源、記録媒体の順序で走査し、かつ反射
ビームがレーザ光源を走査するタイミング時にはレーザ
光源の発光を停止するようにしたため、ＳＯＳ信号の検
出が確実となり、反射ビームがレーザ光源へ入射する不
具合が防止される。また、ＳＯＳセンサの受光面端部を
その集光レンズの焦点位置に配置したため、最も絞り込
まれたビームが最初に受光面に入射することとなり、Ｓ
ＯＳ信号の立ち上がり特性が向上し、ノイズの影響を極
力排除できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例としてのレーザビーム走査光学系を
示す斜視図。

【図２】図１に示す走査光学系の要素と光路を示す斜視
図。

【図３】図１、図２に示す走査光学系に用いられている
光源ユニットの断面図。

【図４】フレネルレンズの集光作用を示す斜視図。

【図５】図３に示されているフレネルレンズの斜視図。

【図６】レーザダイオードのオン，オフ動作を示すタイ
ムチャート図。

【図７】第２実施例を構成する光源ユニットの断面図。

【図８】図７に示されているフォトダイオードの感度を
示す説明図、（Ａ）は受光面とレンズ部とビームとの関
係を示し、（Ｂ）はフォトダイオードの出力特性を示し
、（Ｃ）はＳＯＳ信号波形を示す。

【図９】フォトダイオードの感度を示す比較例の説明図
、（Ａ）は受光面とレンズ部とビームとの関係を示し、
（Ｂ）はフォトダイオードの出力特性を示し、（Ｃ）は
ＳＯＳ信号波形を示す。

【符号の説明】

１０…レーザビーム走査光学系１１，１１’…光源ユニット１２…ケース１５…レーザダイオード１６…フォトダイオード１６ａ…受光面１６ｂ…端部１７…フレネルレンズ１７ａ…レーザダイオード用レンズ部１７ｂ…フォトダイオード用レンズ部２１…ポリゴンミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　画像情報に応じてレーザ光源から放射
されたレーザビームで偏向器、光学素子を介して記録媒
体上を走査するレーザビーム走査光学系において、前記
レーザ光源と１走査ごとの画像書き出し開始位置を検出
するフォトセンサとを一つのパッケージに隣接して収納
し、さらに前記パッケージの正面にレーザ光源から放射
されたビームを集光する第１の集光レンズと、偏向器で
反射されたビームをフォトセンサの受光面へ集光するた
めの第２の集光レンズとを設けたこと、を特徴とするレ
ーザビーム走査光学系。
【請求項２】　　前記偏向器からの反射ビームが前記フ
ォトセンサ、レーザ光源、記録媒体の順序で走査し、反
射ビームがレーザ光源を走査するタイミング時にはレー
ザ光源の発光を停止させることを特徴とする請求項１記
載のレーザビーム走査光学系。
【請求項３】　　前記フォトセンサの受光面端部が第２
の集光レンズの焦点位置に対応して配置されていること
を特徴とする請求項１又は２記載のレーザビーム走査光
学系。