JPH09230259A - 複数ビーム書込装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 書き込み用レーザー光を使用してＡＰＣ調整
精度を向上させることにより画像品質を高める。 【解決手段】 複数の発光点１０ａ，１０ｂを有するレ
ーザー光源１１からのレーザー光を偏向器を介して複数
ビーム走査を行って光書込みをする複数ビーム書込装置
において、書込みのための同期検知とレーザー光源１１
の光量調整のための光量モニタとを１個の受光センサ１
８により行い、受光センサ１８は走査レーザー光を受光
しながら書込走査ライン毎に複数のレーザー光を順次に
かつ個別に同期検知及び光量調整を行う。また、複数の
発光点を有する半導体レーザー光源１１とレーザー制御
駆動回路と受光センサ１８を１個の金属又は合成樹脂又
はセラミックから成るパッケージ内に配置してユニット
化し、ユニットを移動調整して固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＬＢＰやデ
ジタル複写機等において光ビームを使用して光書込を行
う複数ビーム書込装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザー光を走査して感光体に書
込みを行う書込装置は、図８に示すようにレーザーユニ
ットに内蔵された半導体レーザー光源１からレーザー光
が出射され、コリメータレンズ２によりコリメートされ
た後に、ポリゴンミラー３によって偏向走査され、走査
速度を一定にする走査レンズ４を透過して、図示しない
感光体上に正しく焦点を結ばせることにより、一連の書
込走査を行っている。

【０００３】また、最近複数のレーザー発光点を有する
レーザーチップから成る１個の半導体レーザー光源１を
使用して、複数のレーザー光の書込みを行う装置が知ら
れており、このとき走査するビームスポットS1、S2の位
置は、図９に示すように感光体上で走査方向に対して垂
直な副走査方向にずれるだけでなく、主走査方向にも或
る距離をおいて離れた状態で走査書込みが行われる。即
ち、複数の発光点を有する半導体レーザー光源１は、主
走査方向にも発光点同士が離れるように、レーザー光の
出射方向を中心軸として回転するように配置されてい
る。

【０００４】そして、これらレーザー光に対する光書込
み時の同期検知作用は、シングルビーム走査の場合と同
様に同期検知ミラー５と受光センサ６を利用して行わ
れ、それぞれの走査レーザー光毎に同期検知が行われて
いる。

【０００５】また、半導体レーザー光源１は同一の駆動
電流では周囲温度の変化等によって光量が不安定となる
ために、書込ライン毎に有効書込み以外の領域又は書込
頁と書込頁の間で、光量を一定にするためのＡＰＣ(Aut
omatic Power Control) 調整を行って駆動電流を変化さ
せ、常に一定のレーザー発光量となるように構成されて
いる。

【０００６】このような半導体レーザー光源１において
一般に使用されているレーザーチップは端面発光型レー
ザーチップであり、図１０に示すように出射レーザー光
Ｌは積層する結晶の端面から正面光及び背面光として２
方向に出射される構造であり、複数のレーザー光の場合
はレーザーチップはこの一対の関係を保持した複数の発
光点を有している。このとき、レーザチップの正面側か
ら出射されるレーザー光Ｌではなく、正面側と同時に出
射される背面側からのレーザー光Ｌを、半導体レーザー
光源１ユニット内に内蔵された図示しないフォトダイオ
ードで検出して、レーザー光量のモニタを行っている。

【０００７】更に最近では、発光効率が良くかつ発熱が
少ない図１１に示すような１方向だけにレーザー光を出
射する面発光レーザーチップが提案されており、この面
発光レーザーチップは複数の発光点を形成でき、更に通
電電極に対して垂直方向にレーザー光Ｌを取り出すこと
ができ、レーザー駆動制御ＩＣチップ等と共に容易に回
路基板等に組み込めるという利点がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】

(1) しかしながら上述の従来例において、複数ビームの
レーザ走査によるレーザー光量のＡＰＣ制御を行う際に
は、構造上の制約からレーザー光源１のユニット内に１
個のフォトダイオードを配置し、このフォトダイオード
をモニタとして使用して行っており、またレーザー光源
１から出射される背面光も放射状に広がっているため
に、発光点毎のＡＰＣ調整方式が必要となり、発光点の
点滅動作には光量の立上がりと立下がりを考慮した或る
程度の時間が必要である。特に、有効書込走査領域や書
出しのための同期検知領域以外でＡＰＣ調整を行う場合
には、ＡＰＣ調整に使用するための領域や時間的余裕が
殆ど無く、精度の良い調整ができず、きめの細かい光量
補正に不向きな頁毎のＡＰＣ調整しかできない。

【０００９】(2) また、半導体レーザー光源１から出射
されるレーザー光は光書込みに使用する正面側と他方の
背面側とでは、周囲の温度環境の変化によって引き起こ
される光量変化率に若干の差が発生し、半導体レーザー
光源１に内蔵したフォトダイオードにより背面光を受光
するＡＰＣ調整では、調整精度に原理的な所定量の誤差
を有し、かつ内蔵フォトダイオード自体はコストも高く
なる。一方、面発光レーザーチップを使用することによ
り、特性的に発光特率は高く発熱量は小さくできるが、
構造的に１方向のレーザー光しか発光しないために、背
面光を利用したＡＰＣ調整が適用できず、実際上、面発
光レーザーチップは使用できない。

【００１０】(3) 更に従来のビーム書込装置では、半導
体レーザー光源１や同期検知のための受光センサ６の組
付調整を独立したユニットで個別に行っているために、
工数が掛かり部品点数も多くなるという問題がある。

【００１１】本発明の第１の目的は、上述の問題点(1)
、(2) を解消し、ＡＰＣ調整の精度を向上させ、それ
に伴う画像品質を良好にした複数ビーム書込装置を提供
することにある。

【００１２】本発明の第２の目的は、上述の問題点(3)
を解消し、書込装置の組付工数と部品の低減によるコス
トダウンが図れる複数ビーム書込装置を提供することに
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第１発明に係る複数ビーム書込装置は、複数の発光点
を有するレーザー光源からのレーザー光を偏向器を介し
て複数ビーム走査を行って光書込みをする複数ビーム書
込装置において、該書込みのための同期検知と前記レー
ザー光源の光量調整のための光量モニタとを１個の受光
センサにより行い、該受光センサは走査レーザー光を受
光しながら書込走査ライン毎に複数のレーザー光を順次
にかつ個別に同期検知及び光量調整を行うことを特徴と
する。

【００１４】第２発明に係る複数ビーム書込装置は、複
数の発光点を有する半導体レーザー光源とレーザー制御
駆動回路と受光センサを１個の金属又は合成樹脂又はセ
ラミックから成るパッケージ内に配置してユニット化
し、該ユニットを移動調整して固定することを特徴とす
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明を図１〜図７に図示の実施
例に基づいて詳細に説明する。図１は第１の実施例の複
数ビーム書込装置の平面図を示し、発光点１０ａ、１０
ｂを有するレーザーチップ１０から成る複数ビーム半導
体レーザー光源１１の光路前方には、コリメータレンズ
１２、シリンドリカルレンズ１３、矢印のように時計回
りに高速回転するポリゴンミラー１４が配列されてお
り、ポリゴンミラー１４の反射方向の光路上には走査レ
ンズ１５、感光体ドラム１６が配置されている。

【００１６】走査レンズ１５と感光体ドラム１６の間の
レーザー光が走査開始する位置に同期検知用ミラー１７
が配置され、同期検知用ミラー１７の反射方向に受光セ
ンサ１８が配置されている。そして、受光センサ１８の
出力はレーザー光制御回路１９に接続され、レーザー制
御駆動回路１９の出力は半導体レーザー光源１１に接続
されている。

【００１７】図２はレーザー光制御回路１９のブロック
回路構成図を示し、受光センサ１８の出力は位相補償回
路２０に接続され、位相補償回路２０の出力は水平同期
回路２１、ピークホールド回路２２、２３にそれぞれ接
続されている。水平同期回路２１の出力はピークホール
ド回路２２、２３、レーザー駆動回路２４にそれぞれ接
続され、ピークホールド回路２２、２３の出力はレーザ
ー駆動回路２４に接続され、レーザー駆動回路２４の出
力は半導体レーザー光源１１の発光点１０ａ、１０ｂに
接続されている。

【００１８】上述の構成において、半導体レーザー光源
１１から出射したレーザー光は、コリメータレンズ１
２、シリンドリカルレンズ１３を透過後に、ポリゴンミ
ラー１４により反射偏向され、走査レンズ１５を透過し
て感光体ドラム１６に照射されるが、このときレーザー
光は感光体ドラム１６上において主走査方向のビームス
ポットS1と副走査方向のビームスポットS2でずれた位置
に照射される。

【００１９】また、レーザー光の一部は同期検知ミラー
１７で反射されて受光センサ１８に受光されるが、この
ときもビームスポットS1、S2は上述と同様に受光センサ
１８上の空間的にずれた位置を図３に示す矢印方向に走
査される。そして、受光センサ１８からの電気出力は図
４に示すような波形となり、横軸の時間に対してビーム
スポットS1、S2の間隔に比例した時間T1、T2の間隔で出
力レベルP1、P2が現われる。

【００２０】本実施例では、これらの出力を利用して、
複数のレーザー光に対する同期検知作用と、走査レーザ
ー光量を一定にするための光量モニタ及びＡＰＣ調整作
用とを行う。先ず、画像信号書出し前の同期検知作用の
場合は、レーザー光制御回路１９により半導体レーザー
光源１１の発光点１０ａ、１０ｂは、最初は同期検知の
ために設定された初期電流値で個別に強制発光されてお
り、それらのレーザー光を受光した受光センサ１８から
の出力は出力レベルP1、P2となり、位相補償回路２０を
経て水平同期回路２１に電気信号として伝達される。

【００２１】そして、それぞれのレーザー光の入射によ
り引き起こされるセンサ出力の立ち上がりを、所定の閾
値電圧Vsにより時間T1、T2として捉えて同期検知作用を
行う。また、水平同期回路２１には複数の受光信号に対
応して個別に同期が掛けられるように、初めの立ち上が
りから時間を計測する図示しない計数同期制御回路が具
備されており、２つ目以降の信号が現われた場合には個
別に立ち上がりを捉える作用を行っている。

【００２２】一方、ＡＰＣ調整に関しては、受光センサ
１８の出力として得られた信号は、最初の出力レベルP1
として、位相補償回路２０、ピークホールド回路２２、
レーザー駆動回路２４の順序で伝達され、再び半導体レ
ーザー光源１１の発光点１０ａからのレーザー発光を補
正するようにフィードバック動作が繰り返される。この
とき、位相補償回路２０は受光センサ１８からの光電変
換信号の伝達関数の補償機能を有しているために、非常
に高速でフィードバック動作が行われ、出力レベルP1は
ＡＰＣ調整が行われている間中、その刻々の規定出力に
合致するように補正されている。

【００２３】受光センサ１８の出力が規定光量になった
ときに、レーザー駆動電流値で所定の書込開始位置から
書込みを行う。このように、書込走査毎に行うライン間
のＡＰＣ調整は光量補正として最終の印字品質の確保に
極めて有効であり、本実施例においては、先ず初めに検
知した１つ目のレーザー光の信号に対して同期検知して
高速ＡＰＣ調整を行い、ＡＰＣ調整終了後に受光センサ
１８に入射した次のレーザー光の信号を、同様に同期検
知してＡＰＣ調整する。

【００２４】また、１つの受光素子でＡＰＣ調整も行う
場合には、受光面積と光電変換の速度とは逆比例の関係
にあるので、受光面積が小さい程光信号に対する高周波
応答性も良くなる。従って、受光センサ１８の受光面積
をできるだけ小さくし、レーザー光を確実に入射させる
ために、受光センサ１８の入射部にシリンドリカルレン
ズや球面レンズ等の集光レンズを使用することが好適で
ある。

【００２５】本実施例においては、半導体レーザー光源
１１内の受光素子を使用する従来例のＡＰＣ調整の場合
のように、複数のレーザー発光点１０ａ、１０ｂを時分
割で点灯する必要はなく、従って点滅のための時間遅れ
もないので、レーザー発光点１０ａ、１０ｂが同時に点
灯していても問題とならない。

【００２６】また、発光点１０ａ、１０ｂにおいてはレ
ーザー発光のための通電に伴う温度上昇があり、隣接す
る発光点１０ａ、１０ｂへの熱伝導による光量低下の影
響も発生するが、同時に複数の発光点１０ａ、１０ｂが
点灯したままＡＰＣ調整を行うことにより、実際の有効
書込領域での特性を加味した調整となり、複数の発光点
１０ａ、１０ｂが同時に発光している時間を別に実験等
により算出して設定しておけば、より精細な調整が可能
となる。このように、書込用のレーザー光を使用してＡ
ＰＣ調整を行うことにより、より精度の高い光量調整を
走査ライン毎に行うことができる。

【００２７】図５は第２の実施例の複数ビームレ−ザー
ユニット３０の斜視図を示し、複数ビームレーザー光を
１個の受光センサで受光して書込同期検知作用とＡＰＣ
調整を行う書込装置である。保持基板３１には、複数の
レーザー発光点を有するレーザーチップを内蔵した半導
体レーザー光源３２と、外形形状がモールド化されてい
るパッケージ型受光センサ３３と、第１の実施例のレー
ザー光制御回路１９を内蔵したレーザー制御駆動ＩＣ３
４とが組み付けられており、更にホルダ３５とコリメー
タレンズ３６を内設した鏡筒３７とを組み込むことによ
り、レーザーユニット３０が形成されている。また、保
持基板３１には電気線配線部が設けられており、保持基
板３１自体は機械的保持部材としての役割も果してい
る。

【００２８】レーザーユニット３０に組み込まれた鏡筒
３４の前方には、治具レンズ３８、治具ミラー３９、Ｃ
ＣＤカメラ４０が順次に配列され、、治具ミラー３９の
反射方向に治具ミラー４１が配列され、治具ミラー４１
の反射方向に保持基板３１上のパッケージ型受光センサ
３３が配置されている。また、保持基板３１上にはレー
ザー駆動制御ＩＣ３４も固定されており、パッケージ型
受光センサ３３の出力はレーザー駆動制御ＩＣ３４に接
続され、レーザー駆動制御ＩＣ３４の出力は半導体レー
ザー光源３２に接続されている。

【００２９】上述の構成により、半導体レーザー光源３
２からのレーザー光はコリメータレンズ３６で平行光と
なり、治具レンズ３８、治具ミラー３９を透過してＣＣ
Ｄカメラ４０に受光される。また、レーザー光の一部は
治具ミラー３９、４１で反射されてパッケージ型受光セ
ンサ３３に受光され、この信号はレーザー制御駆動ＩＣ
３４に入力されて、半導体レーザー光源３２の駆動制御
が行われる。このようにして、レーザー発光点の位置調
整と、コリメータレンズ３６の位置出しによるＣＣＤカ
メラ４０におけるピント調整とに加え、治具ミラー３
９、４１を使用してパッケージ型受光センサ３３の位置
調整も同時に行うことができ、書込装置全体から見た組
付工程を大幅に削減することができる。

【００３０】更に、パッケージ型受光センサ３３による
ＡＰＣ調整を行う方式なので、組み付け時点で初期的な
限定光量設定等も同時に行うことができ、更に調整時間
も削減可能である。また、複数ビームの間隔調整等を含
む位置調整はＣＣＤカメラ４０により行われるが、複数
のビームスポットの副走査方向の位置調整は、半導体レ
ーザー光源３２をレーザーユニット３０の中で矢印のθ
方向に回転させることにより行い、同時にパッケージ型
受光センサ３３との微妙な位置的な兼ね合いを考慮した
調整も可能である。

【００３１】半導体レーザー光源３２のθ方向の調整や
Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の調整は、保持部材等を付加して作業効
率を上げるようにしてもよいし、鏡筒３７を含むコリメ
ータレンズ３６を動かす簡便なピント調整を行うように
してもよい。基本的に１個の保持基板３１に対して最終
的な位置決めを行えばよいので、組付工程が削減され、
電気的伝達性が向上し、部品点数が低減される。更に、
最初に構成部品を取り付ける際に、パッケージ型受光セ
ンサ３３は位置等を調整して保持基板３１上に取り付け
ているので、受光センサ３３の受光面積を最小にするこ
とができる。

【００３２】従って、このようなレーザーユニット３０
を採用することにより、ｍｍ単位で配線距離を短くし、
空中配線等を極力少なくした有利な構成となるので、電
気信号の伝達性を高めた高速なＡＰＣ動作が可能とな
る。

【００３３】図６は第３の実施例の複数ビームレーザー
ユニットの斜視図を示し、半導体レーザー光源のレーザ
ーチップ４５は箱型の封止パッケージ４６に内蔵され、
かつレーザー制御駆動ＩＣチップ４７、受光センサ４８
も同一の封止パッケージ４６内にハンダ付け等によって
固定収納されている。

【００３４】この封止パッケージ４６は、レーザー光が
外部へ放射できかつ同期検知とＡＰＣ調整のためのレー
ザー光が受光センサ４８に入射できるように、板状のガ
ラスから成る窓部が形成されており、内部には不活性気
体が封入されて防塵と湿度による内部部品の特性の劣化
を防止するようになっている。なお、封止パッケージ４
６の材質は内部温度上昇を抑えるために、セラミック等
の熱伝導性の良いものが好適であるが、熱的な内部の許
容損失を考慮してあれば、取扱い上の点から部分的に金
属製にしたり殆どを合成樹脂で構成してもよい。

【００３５】封止パッケージ４６内のレーザーチップ４
５の前方には、コリメータレンズ４９、矢印のように反
時計廻りに回転するポリゴンミラー５０が配置され、ポ
リゴンミラー５０の反射方向には、走査レンズ５１、感
光体ドラム５２が配置されている。また、走査レンズ５
１と感光体ドラム５２の間のレーザー光の走査開始位置
に同期検知ミラー５３が配置され、同期検知ミラー５３
の反射方向位置の封止パッケージ４６内に受光センサ４
８が配置されている。

【００３６】上記の構成において、複数ビームを使用し
て書込作用を行う書込装置としての作用は先の２つの実
施例と同様であり、１個の小型の箱にパッケージするこ
とにより、部材が削減でき書込装置としての組付上の利
点が生じ、封止パッケージ４６全体を移動することによ
り、簡便な組付調整を行うことができる。

【００３７】レーザーチップ４５の位置調整のために、
例えば図６のＸ、Ｙ、θ方向に移動する際には、受光セ
ンサ４８の移動はＸＹ平面の移動に換算すれば、Ｘ、Ｙ
共に最大約±１２０μｍ程度であるから、その分だけ受
光センサ４８の受光面積を大きくしておけばよく、実用
上は受光面積の増加による受光センサ４８の光電変換時
の周波数特性の劣化も問題とならない。

【００３８】図７は図６の封止パッケージ４６の受光セ
ンサ４８の前側に集光レンズ５４を配置することによ
り、受光するレーザー光を集光して受光センサ４８に対
して、より確実にレーザー光が入射するようにした実施
例であり、この場合は受光面の面積を大きくする必要は
なく、また集光レンズ５４は球面状でも円柱状でもよ
く、封止パッケージ４６の製作時にエポキシ樹脂等で一
体的に固定すればよい。

【００３９】このように、第３の実施例においては、封
止パッケージ４６に対し最も小さな単位で構成部品が取
り付けられるので、封止パッケージ４６全体を移動して
簡便に組み付け調整ができる最小の大きさの装置が構成
できる。

【００４０】このように、本実施例によれば１つのレー
ザー光を使用して同期検知とＡＰＣ制御を行うことがで
きるので、面発光レーザーチップを使用して発熱の少な
い光量変動の小さい複数の発光点を有する半導体レーザ
ー光源を製作することができ、精度の良好な光書込走査
を行うことができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように第１発明に係る複数
ビーム書込装置は、書込用レーザー光を使用してＡＰＣ
調整を行うことによって、光量の設定精度が向上し、同
期検知に使用する受光信号によりＡＰＣ調整を行うこと
によって、書込走査毎の光量設定が可能となり、光量む
らが減少し印字濃度むらが低減される。更に、１個の受
光センサを使用して同期検知とＡＰＣ調整とを行うの
で、部品点数の削減によるコストダウンが図れ、複数発
光点を有する面発光レーザーチップを使用することがで
きるので、発熱が少なく光量変動が小さくなり光量設定
精度の高い書込装置が実現できる。

【００４２】第２発明の複数ビーム書込装置は、受光セ
ンサを含む同期検知回路や半導体レーザー光源及びそれ
らの駆動回路等を１個に集約した形態とすることによ
り、部品点数の低減や組付工数が削減され、装置全体で
のコストダウンが図れると共に、一体的にユニット化す
ることにより電気信号が高速化され、光量設定精度や書
込変調特性が向上して良好な印字品質の書込装置が実現
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の複数ビーム書込装置の平面図で
ある。

【図２】レーザー駆動のためのブロック回路構成図であ
る。

【図３】受光センサ上のビームスポットの説明図であ
る。

【図４】受光センサ出力のグラフ図である。

【図５】第２の実施例のレーザーユニットの斜視図であ
る。

【図６】第３の実施例のレーザーユニットの斜視図であ
る。

【図７】レーザーユニットの変形例の斜視図である。

【図８】従来例の複数ビーム書込装置の平面図である。

【図９】受光センサ上のビームスポットの説明図であ
る。

【図１０】レーザーチップの斜視図である。

【符号の説明】

１０、４５ レーザーチップ １０ａ、１０ｂ 発光点 １１、３２ 半導体レーザー光源 １４、５０ ポリゴンミラー １５、５１ 走査レンズ １６、５２ 感光体ドラム １７、５３ 同期検知ミラー １８、４８ 受光センサ １９ レーザー光制御回路 ３０ レーザーユニット ３３ パッケージ型受光センサ ３４ レーザー制御駆動ＩＣ ４０ ＣＣＤカメラ ４６ 封止パッケージ ４７ レーザー制御駆動ＩＣチップ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の発光点を有するレーザー光源から
   のレーザー光を偏向器を介して複数ビーム走査を行って
   光書込みをする複数ビーム書込装置において、該書込み
   のための同期検知と前記レーザー光源の光量調整のため
   の光量モニタとを１個の受光センサにより行い、該受光
   センサは走査レーザー光を受光しながら書込走査ライン
   毎に複数のレーザー光を順次にかつ個別に同期検知及び
   光量調整を行うことを特徴とする複数ビーム書込装置。
2. 【請求項２】 前記レーザー光源は複数の発光点を有す
   る面発光レーザ光源とした請求項１記載の複数ビーム書
   込装置。
3. 【請求項３】 前記複数の走査レーザー光の内、１つの
   レーザー光だけが空間配置時に前記受光センサに入射
   し、該１つのレーザー光が前記受光センサに入射してい
   る間も前記レーザー光源は点灯してレーザー光を発生し
   ている請求項１又は２に記載の複数ビーム書込装置。
4. 【請求項４】 前記複数の発光点を有する半導体レーザ
   ー光源とレーザー制御駆動回路と前記受光センサを１個
   の基板に取り付けて調整し、これらの部材をコリメータ
   レンズに対して位置合わせを行う請求項１又は２又は３
   に記載の複数ビーム書込装置。
5. 【請求項５】 複数の発光点を有する半導体レーザー光
   源とレーザー制御駆動回路と受光センサを１個の金属又
   は合成樹脂又はセラミックから成るパッケージ内に配置
   してユニット化し、該ユニットを移動調整して固定する
   ことを特徴とする複数ビーム書込装置。