JPH08233692A - 光ファイバー走査ビーム検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出する光が入力端を通って非軸方向に光フ
ァイバーに入るように構成した光ファイバー走査ビーム
検出器を提供する。 【解決手段】 光ファイバー走査ビーム検出装置は、レ
ーザーＲＯＳ走査装置において走査開始信号を生成する
ために使用される。一実施例では、単一光ファイバーが
走査線掃引の開始点に配置される。光ファイバーは、フ
ァイバー入口端に非軸方向に入った走査ビームのエネル
ギーの一部を光センサへ伝達する。光センサは走査開始
信号を生成するため処理される信号応答を発生する。光
ファィバーの入口端は、非軸方向に入ってきた光ビーム
がファイバー軸に沿って全反射されるか、あるいは屈折
されたあとファイバー軸に沿って反射されるように形成
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ラスター出力スキャナ
（ＲＯＳ）像形成装置、より詳細には光ファイバー検出
器を横断する走査ビームを検出し、それに応じてタイミ
ング信号を発生することに関する。

【０００２】

【従来の技術】通常のＲＯＳ像形成装置においては、ガ
スレーザーまたはダイオードレーザーが発生した強度変
調光ビームを感光性像面の表面を横切って繰り返して走
査することによって、入力２値データで表現された原稿
等の潜像を形成する。各走査線は、レーザーのオン状態
とオフ状態を表す個々の画素の複合イメージで構成され
ている。これらの画素は走査こどに垂直方向すなわち高
速走査方向に一直線に並んでいなければならない。そう
でないと、走査線の「ジッター」として知られる現象が
生じる。従来、記録面から上流に所定の距離に走査通路
に光検出器を設置し、その検出器の出力を用いて走査開
始（Start Of Scan)信号を生成し、レーザー変調波形の
タイミングを制御することが知られている。既知の光検
出器の例は、フォトダイオード出力信号の振幅と所定の
一定基準電圧とを比較する「スリット検出器」である。
走査レーザービームが光検出器の表面の上を通過する
と、出力信号の振幅がこの基準しきい値に達し、走査開
始パルスが生成される。そのほかに、２個の隣接するフ
ォトダイオードを非常に近接した状態で電子比較器の形
態で使用して、走査ビームのパワーの変動を補償するい
わゆる「スプリット検出器」が知られている。動作中、
第１検出器上のビームの掃引によって、走査光ビームの
強度に比例する動的基準レベルが第２検出器に対して設
定される。この配置により、掃引されたビームが両検出
器の中間点に位置し、両検出器の光レベルが正確に一致
すると、比較器がトリガーされる。

【０００３】多くの高速、高解像度のラスター出力スキ
ャナ（ＲＯＳ）では、固体レーザーダイオードまたは H
eNe レーザーが記録ビームを発生する好ましい装置であ
る。周知のように、これらのレーザーのパワー出力は時
間と共に振幅が変化する。通常のスリット検出器は、レ
ーザー走査装置と共に使用すると、走査ビームが検出器
の表面を横切って掃引するとき光検出器の出力電流が走
査ビームのガウス曲線の形に振幅が正比例するので、ジ
ッターを受けやすい。必然的に、異なるパワーレベルの
ビームによって生じた出力は異なる相対的時間に一定の
基準レベルに達し、その結果、走査したガウス形ビーム
の中心の通過に対し異なる時間に走査開始出力が生じ
る。各走査線ごとのレーザー変調波形を定義する情報ビ
ットストリームのタイミングを制御する電子装置の同期
化は走査開始パルスに合わされるから、この差動的トリ
ガーリングによって、最終的に各走査線の露光パターン
が高速走査方向に平行移動する。そのために、露光ラス
ター内の画素のアライメントが線から線へ不正確にな
る。

【０００４】スプリット検出器は、ガウス形ビームが２
個の光検出器間の中央に置かれると、走査開始出力を発
生する。その応答は、特定の振幅レベルでなく、ビーム
の相対的位置によってのみ決まるので、走査開始出力信
号のタイミングはビームのパワーと無関係である。言い
換えると、スプリット検出器は、ダイオードの強度が変
化すると、時間的に変化しない走査開始信号を発生す
る。スリット検出器とスプリット検出器は一般に同じ方
式で作られる。すなわち、光検出器要素、関連する増幅
器、およびパルス成形電子回路は、像形成面に隣接し
て、走査ビームの焦点面内または非常に近くに配置され
た遠隔ハウジングの中に組み立てられている。検出器ア
センブリからの走査開始パルスは、同軸ケーブルまたは
ねじれ対を通して、イメージデータ、装置タイミング、
およびレーザー変調回路網を含む中央電子ネットワーク
へ送り戻される。

【０００５】さらに、この分野では、光ファイバーまた
は光パイプを走査ビームの通路に配置し、入射光を中央
電子装置へ伝達することによって、走査レーザービーム
の位置を検出する第３の検出方法が知られている。伝達
された光エネルギーは、電子装置の中央回路基板に設置
された光検出器の上に入射される。光検出器は光エネル
ギーを電気信号へ変換し、そのあと電気信号は処理され
て同期化信号としてレーザーへ提供される。本出願に開
示した装置は、走査経路内に走査線掃引の開始点に配置
した単一光ファイバーを使用する。光ファイバーは走査
光束の一部を中央電子回路基板上に設置された光検出器
へ伝達する。光検出器は高速比較器の第１入力を駆動す
る出力信号を発生する。比較器の第２入力には、光検出
器の出力信号の増幅され、遅延されたアナログが送られ
る。比較器はこの２つの電圧波形の相違を検出して、２
つの波形がクロスオーバーするまさにその時間に出力遷
移を発生する。この比較器の出力遷移は、ガスまたはレ
ーザーダイオードＲＯＳの走査装置走査開始信号を生成
するために使用される。光ファイバーはスプリット検出
器やスリット検出器にまさる幾つかの利点を有してい
る。すなわち、光ファイバーは、よりコンパクトで、よ
り廉価で、よりすぐれた雑音排除性を有し、そして簡単
に機械的に取付けることができる。前記のより低いコス
トは、独立した走査検出器回路基板とハウジングが不要
なことと、遠隔の走査検出器基板へ電力を送り、かつ基
板との間で信号を送受するためのケーブルとコネクタが
不要なことによって達成される。レーザープリンタの環
境は電気的雑音（ＥＭＩ，ＲＦＩ）が多いことと、遠隔
の走査検出器とそのケーブルをこの雑音の多い環境から
遮蔽することが困難であるので、前記の光ファイバーの
雑音排除性は最上である。光ファイバーは単に雑音の多
い環境を通過するローカル電子回路基板への光束導管と
して作用し、光信号は、信号経路が短く、かつ雑音を制
御することが容易な管理された（遮蔽された）環境にお
いて電気信号へ変換される。また、スキャナのフットプ
リントがＲＯＳ像面の近くで一般に狭いことと、走査検
出器の電子回路基板に利用可能な空間が比較的窮屈であ
るので、遠隔検出器の機械的な取付けはやっかいなこと
が多い。その点、光ファイバーは非常に小さいので、そ
の位置決めと取付けはより容易である。

【０００６】従来の光ファイバー検出装置の場合、一般
にＲＯＳ走査ビームから検出される光は１本または一群
の光ファイバーの入力端に軸方向に入ってくる。図１
は、円形の入力端４と出力端６をもつ１本の大きなマル
チモード光ファイバー２を示す。走査ビーム５は入力端
４を横切って通過し、ファイバー軸に沿って伝送された
光束が出力端６に射出される。もし光出力端６に近接し
て光検出器素子が配置されていれば、入力端４を通過し
た光ビームは、検出したパルスを表す光電流パルス波形
プロフィール１０を生成するであろう。この波形の遷移
は非常に遅いことがあり、そして全パルス長さはＲＯＳ
イメージに必要な走査開始信号を生成するため使用され
る典型的な高速回路網には長過ぎることがある。図２
は、入力端４′を走査ビームにより短い面を与える長方
形の形に変えた光ファイバーを示す。出力端６′は円形
の形状のままである。入力端４′は変形させてもよい。
プロフィール１０′はプロフィール１０よりかなり短い
ことが判る。また、走査経路に対するファイバー端のア
ライメントを重要でなくすために、入力端４′をより広
い幅の断面に再成形することもできる。これらの従来の
形状は、走査ビームの光束が光ファイバーの開口数（Ｎ
Ａ）によって決まる制限円錐角内で軸方向に光ファイバ
ーに入り、ファイバーの全長にわたって伝播するよう
に、光ファイバー検出器の入力端を方向付けることが必
要である。しかし、光アァイバーが走査ビームに対し、
非軸方向の他の向きをとることができるように、この設
計上の制約を除くことができれば有益であろう。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上から、本発明の目
的は、検出する光が入力端を通って非軸方向に光ファイ
バーに入るように構成した光ファイバー検出装置を提供
することである。

【０００８】本発明のもう１つの目的は、それぞれの光
ファイバーが光を非軸方向に受け取る２本以上の光ファ
イバーで構成した光ファイバー検出装置を提供すること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上およびその他の目的
は、反射面の組合せと全反射の原理を使用して、光ファ
イバー入力端またはその近接領域に入光窓を形成し、光
をいったん光ファイバーに非軸方向に導入したあと、軸
方向に沿って、出口端に光学的に結合された光検出器へ
伝送することによって達成される。一実施例では、光が
縦面に沿って平滑窓部分を通過して光ファイバーに入る
ように、光ファィバーの端が形作られている。光ファイ
バーに入ったあと、光束は斜めの端面に当たり、光ファ
イバーの全長にわたって軸方向に反射される。別の実施
例では、端部が斜めの端面をもつ長方形に変形された複
数の光ファイバーがアレー状に積み重ねられており、走
査ビームは光ファイバーの縁に沿って形成された窓を通
してファイバーに導入される。

【００１０】より詳しく述べると、本発明は、走査ビー
ムを遮るように走査ビーム経路に配置され、遮った走査
ビームの光エネルギーを光センサの上に伝達して該光エ
ネルギーの強さに相当する電気信号を前記光センサに発
生させる光ファイバー手段をを有する光ファイバー型走
査ビーム検出器である。前記の光ファイバー手段は少な
くとも光入口端と光出口端を有する少なくとも１本の光
ファイバーより成り、前記光入口端は、前記遮られた光
が該入口端に光ファイバーの非軸方向に入るように修正
されている。

【００１１】

【実施例】図３は、単一光ファイバーを使用して走査ビ
ームの軸方向の横断を検出して走査開始信号を生成する
従来のレーザーダイオードＲＯＳスキャナの正面図であ
る。図３に示すように、スキャナ１１は、ソース（図示
せず）（通常は、ＲＩＳスキャナまたはコンピュータ）
から２値入力イメージデータを受け取るダイオードレー
ザー１２を備えている。光学素子１４は、レーザー１２
の変調された出力を通常のやり方でビーム拡張し、かつ
平行光線にする。光学素子１４からの平行光線出力は、
折返しミラー１６によって反射され、正円柱レンズ２０
によって回転多面体１８の鏡面の上に収束される。この
円柱レンズ２０は回転多面体が原因で生じたサジタル平
面のビーム位置誤差すなわちワブル誤差(wobble error)
を光学的に補正するためにも使用される。多面体１８の
鏡面、例えば１８Ａから反射された光線は、Ｆθレンズ
素子２４，２６によって光束走査方向（タンジェンシャ
ル平面）内で像面２２上に結像される。

【００１２】ビームが像面２２を横断して走査すると、
光が走査開始位置に置かれた単一光ファイバー検出器４
０に当たる。入射光エネルギーは、光ファイバーを通っ
て、検出器回路４２内の光センサへ伝達される。検出器
回路４２は、米国特許第４，３８６，２７２号に記載さ
れている従来のスプリット検出器の２つの信号に相当す
る２つの別個の電気波形を発生する回路網を含んでい
る。光ファイバーによって伝達されたビームが単一場所
の光センサに入射すると、第１信号が生成され、所定の
時間遅れのあと第２信号が生成される。

【００１３】図１に示すように、検出器４０を横断して
走査するＲＯＳビームは光ファイバー４０の入口端に軸
方向に向けられることが判る。本発明の第１実施例にお
いては、図４および図５に示すように、光ファイバー４
０は修正され、走査経路内の別の場所に移されている。
修正型光ファイバー５０は、４５°の角度に作られた端
面５２を有する。端面５２に最も近い光ファイバーの横
側は平坦にされて凹んだ平坦窓５４が形成されている。
従って、入口端は、端面５２と窓５４から成ると見なす
ことができる。光ファイバーは、図４に矢印で示すよう
に、ＲＯＳビーム５が窓５４を横断して走査するように
置かれている。従って、光は窓５４から光ファィバー５
０に入り、図５の点線で示すように４５°端面５２で全
反射される。ファイバー軸に沿って方向を変えたあと、
光束信号は光ファイバー５０の全長に沿って全反射によ
る通常の仕方で伝播し、端６Ａから出てくる。この分野
の専門家は、平坦窓５４を取り入れたことで、ビーム経
路内の高円柱屈折面によって生じるビームの角度の広が
りとスキューレイが除去されることを理解されるであろ
う。湾曲した光ファイバーに代わる平坦窓の使用は、ビ
ームの波面を維持し、かつ光損失を最小限度にする。Ｒ
ＯＳビームは窓５４に平行な走査経路で示してあるが、
窓アパーチャーを横断する任意の方向、例えば図示した
走査経路に対し直角であってもよい。この幾何学的図形
は、光ファイバーにおいて小さい曲がり半径をもつ大き
な角度の曲がりを避けるのに役立つ。

【００１４】図６および図７は、図４および図５の変形
である本発明の第２実施例である。この実施例では、入
射ビームの経路が窓５４′で屈折し、次に端面５２′で
全反射され、ファイバー軸に沿って軸方向に方向を変え
て端６Ｂから出てくるように、窓５４′は角度θに方向
付けられている。この実施例の場合、光ファイバーは図
６の矢印で示した方向により短い有効経路を有する。図
７に示すように、どちらの側からでも同等に首尾よく感
知することができるように、構造は対称に作られてい
る。正確に９０°（ｎ／２）でどちらかの側から入った
ビームを感知するには、端面角θは次式を満足させなけ
ればならない。 Sin ^-1（Sin θ/N）＝３θ−ｎ／２ ここで、Ｎはファイバーの屈折率であり、メタクリル酸
メチル製の光ファイバーの場合、典型的な波長において
Ｎ＝ 1.486 であり、端面角θは 38.675 °である。

【００１５】図４〜図７に示した２つの実施例は、検出
される走査ビームが光ファイバーに非軸方向に入るが、
光ファイバーに入った後は、ファイバーの軸方向に沿っ
て伝達されることに特徴がある。

【００１６】次に図８に、走査ビーム経路内に一直線に
光ファイバーを保持するように設計したマウント５６に
ポットした後、切断し、研磨することによって光ファイ
バー５０′を成形する端面アライメントの一方法を示
す。

【００１７】前に説明した２つの実施例は、光を集める
ために単一ファイバーを使用し、そして時間遅れや他の
電子技術を用いて走査開始信号に必要な厳格に調時した
パルスを生成するための差動回路網が必要である。スプ
リット検出器装置の中に２本の光ファイバーを使用して
走査開始タイミングを定義する交差する２つの波形を生
成することが可能なことは既に知られている。図９は、
光ファイバー６２，６４がそれぞれ長方形入口端６８，
６６を有する従来の光検出器６０を示する。経路７０に
従う走査ビームからの光束は軸方向に入口端６８，６６
の中に向けられる。出力ビーム１，２は光検出器回路４
２Ｂ，４２Ａによって感知される。得られた波形１，２
は、走査開始パルスの開始点を定義するクロスオーバー
点３を有する。この従来のデュアルファイバー検出器
は、本発明の別の特徴に従って、走査光束が縁に沿って
非軸方向に入射するように修正されている。すなわち、
図１０および図１１に示すように、修正したデュアルフ
ァイバー検出器６０′は光入口端７２，７３をもつ光フ
ァイバー６９，７１を有する。光入口端７２は、平坦入
口窓７５と、斜めの反射面７６を有し、光入口端７３
は、平坦入口窓７７と、斜めの反射面７８を有する。走
査ビーム５′は窓７５，７７を通ってファイバーに入
り、反射面７６，７８で反射されて、光ファイバー６
９，７１の全長に沿って軸方向に伝達される。出力１，
２は別個の光検出器４２Ｂ，４２Ａに光学的に結合され
る。

【００１８】図１２は、別のデュアルファイバ検出器８
０である。この検出器８０では、図４の単一ファイバー
実施例と同様に、光ファイバー８１，８２の端が成形さ
れ、側面から照明される。光ファイバー８１，８２は、
図１２および図１３に示すように、斜めの入力端８４，
８６を有する。光ファイバー８１の端に入口窓８８が形
成されている。走査経路９０に沿って走査されるＲＯＳ
ビーム５′は窓８８を通ってファイバー８１に入り、斜
めの端面８４，８６で反射され、２本の光ファイバー８
１，８２の全長に沿って軸方向に方向が変えられる。こ
の実施例では、光ファイバー８２は最初にファイバー８
１を完全に通過した光束によって照明される。漏話は２
本のファイバー間の薄い低屈折率クラッド層９２によっ
て制御される。

【００１９】デュアル光ファイバーは、図８に示した単
一ビーム構造と同様なやり方で取り付けることができ
る。

【００２０】以上、好ましい実施例について発明を説明
したが、この分野の専門家は、これらの記載した実施例
から種々の代替物、修正物、均等物、あるいは改良物を
作ることができるを理解されるであろう。それらの代替
物、修正物、均等物、あるいは改良物はすべて特許請求
の範囲に包含されるものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】入口端を横断する軸方向の光走査を行う従来の
単一光ファイバー検出器の斜視図である。

【図２】光ファイバーの入口端を変形することでによっ
て修正した図１の従来の単一光ファイバーの斜視図であ
る。

【図３】単一光ファイバーを使用して走査開始を検出す
る従来のＲＯＳ装置の接平面内の平面図である。

【図４】入口端を横断する非軸方向の光走査を可能にす
るため単一光ファイバーの入口端を修正した本発明の第
１実施例の斜視図である。

【図５】非軸方向の光走査の全反射経路を示す図であ
る。

【図６】単一ファイバー検出器の第２実施例の斜視図で
ある。

【図７】図６のファイバーに沿った全反射経路を示す図
である。

【図８】図４のファイバー検出器の取付け構造を示す斜
視図である。

【図９】軸方向の走査を行う従来のデュアル光ファイバ
ー検出器の斜視図である。

【図１０】各ファイバーに対する非軸方向の光走査がで
きるように修正したデュアル光ファイバー検出器の本発
明の実施例の斜視図である。

【図１１】図１０のデュアル光ファイバーの全反射経路
を示す図である。

【図１２】デュアル光ファイバー検出器の別の実施例の
斜視図である。

【図１３】図１２のデュアル光ファイバーに沿った全反
射経路を示す図である。

【符号の説明】

２，２′ マルチモード光ファイバー ４，４′ 入力端 ５ 走査ビーム ６，６′，６Ａ，６Ｂ 出力端 １０，１０′ 光電流パルス波形プロフィール １１ スキャナ １２ ダイオードレーザー １４ 光学素子 １６ ミラー １８ 回転多面体 １８Ａ 鏡面 ２０ 円柱レンズ ２２ 像面 ２４，２６ Ｆθレンズ ４０ 単一光ファイバー検出器 ４２，４２Ａ，４２Ｂ 検出器回路 ５０，５０′ 光ファイバー ５２，５２′ 端面 ５４，５４′ 平坦窓 ５６ マウント ６０，６０′ デュアル光ファイバー検出器 ６２，６４ 光ファイバー ６６，６８ 長方形入口端 ７０ 走査経路 ６９，７１ 光ファイバー ７２，７３ 光入口端 ７５，７７ 平坦入口窓 ７６，７８ 斜めの反射面 ８０ 別のデュアル光ファイバー検出器 ８１，８２ 光ファイバー ８４，８６ 斜めの反射面 ８８ 光入口窓 ９０ 走査経路 ９２ 薄い低屈折率クラッド層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバー走査ビーム検出器におい
   て、 走査ビームを遮るように走査ビーム経路に配置され、遮
   った走査ビームの光エネルギーを光センサの上に伝達し
   て該光エネルギーの強さに相当する電気信号を前記光セ
   ンサに発生させる光ファイバー手段を含み、 該光ファイバー手段は少なくとも光入口端と光出口端を
   有する少なくとも１本の光ファイバーより成り、前記光
   入口端は、前記遮られた光が該入口端に光ファイバーの
   非軸方向に入るように修正されていることを特徴とする
   走査ビーム検出器。