JPH07110450A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の発光源を有する半導体レーザを利用し
た光走査装置に関して、各レーザ光毎の光出力検出機能
を確保しつつ、一層の小型・軽量化を図ること。 【構成】 ビーム整形手段４を、各レーザ光のビーム径
を主走査方向と副走査方向との少なくとも一方向に拡大
又は縮小させるプリズム３と、このプリズム３の出射面
に形成したハーフミラー９と、前記プリズム３と一体化
されてこのハーフミラー９による反射光に対して集光作
用を示して出射させる集光手段１０とにより形成し、こ
の集光手段１０により分離されて出射される各レーザ光
対応の反射光を個別に検出する複数の受光素子を設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザプリンタ、デジ
タル複写機等の光書込み走査系に利用される複数の発光
源を有する半導体レーザを用いた光走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、各方面でレーザ技術の利用が盛ん
であり、その一つとして、例えば画像記録を行うための
光書込み用にも半導体レーザ等のレーザ光源が用いられ
るようになってきている。ここに、このような半導体レ
ーザにあってはその出力が温度特性を有するため、半導
体レーザからの出力（バックビーム）をフォトダイオー
ド等の受光素子で受光検知し、フィードバック制御系に
より半導体レーザの順方向電流を制御し、半導体レーザ
出力が温度変化に関係なく安定したものとなるようにし
ている。

【０００３】ところで、半導体レーザとして複数の発光
源を有するものを用いることにより、複数ドットについ
て並列同時記録が可能となり、記録走査の高速化を図り
得ることは従来より知られている。このような複数の発
光源を有する半導体レーザの場合も温度変化に伴い各レ
ーザ光の出力が変動するので、フィードバック制御が必
要となる。

【０００４】このため、従来にあっては、各発光源を１
チャンネルずつ時分割して駆動し、そのバックビームを
単一の受光素子で受光することにより出力制御に供する
ようにしている。

【０００５】しかし、出力制御されていない発光源に対
する隣接の発光源からの熱干渉や自己発熱等により出力
変動が誘起されてしまう問題があり、安定した出力制御
を行うには、各発光源の出力制御を同時に行うのが望ま
しいといえる。即ち、実時間で出力制御が可能となるよ
うに複数の受光素子で個別にモニタ検出する必要がある
と考えられる。

【０００６】このようなことから、特開昭６０−２６３
３４９号公報によれば、半導体レーザのバックビームを
マイクロレンズに入射させて分離することにより複数の
受光素子で個別に検出可能としたものが提案されてい
る。また、特開平２−２３５４２号公報によれば、半導
体レーザから出射される複数のバックビームとフロント
ビームとを各々一括して検出し演算することにより、各
発光源の光出力を検出するようにしたものが提案されて
いる。また、本出願人提案の特願平５−１１６０２号に
よれば、半導体レーザから前方に出射されるレーザ光を
ハーフミラー等により２分割し、その一方のレーザ光を
レンズを介して各ビームに分離して各々に対応した受光
素子上に結像させて光出力を検出するようにしたものが
示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、半導体レー
ザから拡散放射される光ビームは、その構造上、光ビー
ムの広がり角がこの光ビームの偏光方向とこれに直交す
る方向とで大きく異なっている。また、複数の発光源の
配列方向が、一般には、偏光方向に直交する方向である
ことを配慮すると、主走査方向と副走査方向とで光ビー
ムのスポット径が互いにバランスよくとれるようにする
には、光ビームの広がり角の大きい方向を遮光又はビー
ム径縮小整形するか、光ビームの広がり角の小さい方向
のビーム径を拡大整形する必要がある。

【０００８】従来の光出力制御方式によると、このよう
な複数の発光源を有する半導体レーザの特性を考慮しつ
つ、コンパクト性及びコスト性（部品点数及び作業効
率）に優れたものとはなっておらず、未だ、改良の余地
がある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、複数の発光源を有する半導体レーザから出射された
レーザ光をコリメータレンズにより平行光束とした後、
ビーム整形手段を介して偏向手段に導光し、この偏向手
段で偏向されたレーザ光を結像手段により被走査面上に
結像させて光走査させるようにした光走査装置におい
て、前記ビーム整形手段を、各レーザ光のビーム径を主
走査方向と副走査方向との少なくとも一方向に拡大又は
縮小させるプリズムと、このプリズムの出射光路上に形
成したハーフミラーと、前記プリズムと一体化されてこ
のハーフミラーによる反射光に対して集光作用を示して
出射させる集光手段とにより形成し、この集光手段によ
り分離されて出射される各レーザ光対応の反射光を個別
に検出する複数の受光素子を設けた。

【００１０】この際、請求項２記載の発明では、ビーム
整形手段と複数の受光素子とを同一の支持体に位置決め
固定し、請求項３記載の発明では、半導体レーザとビー
ム整形手段と複数の受光素子とを同一の支持体に位置決
め固定した。

【００１１】さらに、請求項４記載の発明では、受光素
子により検出された光量に応じた検出信号を発生する検
出信号回路とこの検出信号に基づいて半導体レーザの各
発光源に対する駆動電流を制御する出力制御回路との内
の少なくとも一部を一体化形成した回路基板上に複数の
受光素子を接続固定した。

【００１２】また、請求項５記載の発明では、集光手段
を、プリズム中に屈折率分布を持たせて形成したレンズ
とした。

【００１３】

【作用】請求項１記載の発明においては、半導体レーザ
から出射された各レーザ光はコリメータレンズ、ビーム
整形手段をなすプリズム及びその出射面に形成されたハ
ーフミラーを経てビーム整形された後、偏向手段、結像
手段を経て被走査面上に結像される。一方、プリズムに
入射した各レーザ光の一部はハーフミラーで反射された
後、集光手段の集光作用によって各レーザ光対応に分離
された状態で出射され、各々個別の受光素子によって受
光検出され、各発光源の光出力制御に供される。よっ
て、ビーム整形手段が主体をなすプリズムにハーフミラ
ーと集光手段とが一体化されて各レーザ光に対する分割
及び分離機能が確保されているので、各レーザ光毎の光
出力検出のために要する部品点数が削減され、組立て等
の作業効率のよいものとなり、小型化も確保される。

【００１４】請求項２記載の発明においては、このよう
な分割及び分離機能が付加されたビーム整形手段が複数
の受光素子とともに同一の支持体に位置決め固定されて
いるので、光出力のための検出光学系としての相対的な
位置関係を経時に渡って維持させることができ、環境変
化等に強い安定した光出力制御が可能となる。さらに、
請求項３記載の発明においては、半導体レーザも同一の
支持体に位置決め固定されているので、組立て作業性が
よいとともに、相互間の位置関係を経時に渡って維持で
きるものとなり、メンテナンス性も向上する。

【００１５】請求項４記載の発明においては、受光素子
を実装する回路基板を、出力制御回路等の一部が一体化
形成されたものとしているので、ノイズに強く、高精度
な出力制御が可能となる。

【００１６】請求項５記載の発明においては、集光手段
をプリズム中に屈折率分布を持たせて形成したレンズと
しているので、ビーム整形手段全体を平板状で小型なも
のとして形成でき、取扱性が向上する。

【００１７】

【実施例】本発明の第一の実施例を図１及び図２に基づ
いて説明する。まず、図２によりレーザプリンタに適用
した本実施例の光走査装置の概要を説明する。画像信号
に基づいて光変調したレーザ光を各々放射する複数の発
光源を有する半導体レーザ１が設けられている。つい
で、この半導体レーザ１から拡散放射される各レーザ光
を平行光束化するコリメータレンズ２が設けられてい
る。平行光束化されたレーザ光の光路上にはプリズム３
を主体としたビーム整形手段４が設けられている。この
プリズム３はビーム径を主走査方向にのみ拡大整形する
ものとされている。ビーム整形手段４からの出射光路上
にはこれらのレーザ光に対して副走査方向にのみ所定の
屈折力が作用するシリンダレンズ５が設けられ、偏向手
段としてのポリゴンミラー６の１面に入射するように設
定されている。このポリゴンミラー６は高速で回転駆動
されるもので、入射する各レーザ光を主走査方向に偏向
走査させるものである。このポリゴンミラー６の偏向出
射側には結像手段となるｆθレンズ７が設けられ、偏向
走査光を被走査面となる感光体８面上に結像させるよう
に光路設定されている。

【００１８】ここに、本実施例の半導体レーザ１にあっ
ては、複数の発光源の配列方向が、主走査方向に対して
僅かに傾けて設定されているものとする。よって、半導
体レーザ１から出射されるレーザ光の広がり角は、主走
査方向に狭いため、上述したようにプリズム３によって
主走査方向にのみビーム径を拡大整形するように構成さ
れている。

【００１９】しかして、本実施例にあっては、特にビー
ム整形手段４付近の構成に特徴があり、図１を参照して
説明する。まず、ビーム整形手段４の主体をなすプリズ
ム３は各レーザ光に対して主走査方向にビーム拡大機能
が作用するように斜めに形成された入射面３ａを有し、
かつ、シリンダレンズ５等に向けて本来の書込み用のレ
ーザ光として出射させる光軸直交の出射面３ｂとを有す
るが、これらの入射面３ａ・出射面３ｂ間にはハーフミ
ラー９が光軸に対して傾斜させて形成され、レーザ光の
一部をこのハーフミラー９で反射し得るように構成され
ている。即ち、ハーフミラー９によって、各レーザ光を
本来の走査光と検出用の反射光とに分割する機能が確保
されている。

【００２０】このハーフミラー９による反射光を受ける
プリズム３の端面３ｃ（面３ａ，３ｂに対する対向面）
には集光手段となる凹面ミラー１０が一体化形成されて
いる。即ち、この端面３ｃを円筒状に形成するとともに
その外面に金属被膜を形成することにより内側から見て
凹面ミラー１０となるように構成されている。よって、
ハーフミラー９から凹面ミラー１０に向けて反射された
各反射光はこの凹面ミラー１０によって集光するように
反射されてプリズム３の入射面３ａから外部に出射する
ことになるが、この過程で、各レーザ光毎に分離されて
集光されることになる。即ち、凹面ミラー１０によっ
て、検出用の各レーザ光の分離機能が確保されている。

【００２１】このように分離・集光される各レーザ光を
個別に受光検出する位置に受光素子（図示せず）をアレ
イ状に配列してなる光検出器１１が設けられている。

【００２２】ここに、このようなハーフミラー９及び凹
面ミラー１０によりレーザ光の分割・分離機能をも持た
せたビーム整形手段４は、ポリゴンミラー６、ｆθレン
ズ７等を収納支持する光学ベース（支持体）１２上に接
着等により固定されている。また、複数の受光素子を有
する光検出器１１もこの検出光量に応じた検出信号を発
生する検出信号回路を一体化形成してなる回路基板１３
上に接続固定された上で、前記光学ベース１２にねじ止
め固定されている。この光学ベース１２には半導体レー
ザ１、コリメータレンズ２及び検出信号に基づき半導体
レーザ１の各発光源の光出力を制御する出力制御回路を
一体化形成してなる回路基板１４等を一体化してなる光
源ユニットもねじ止めされている。前記回路基板１３，
１４間は電気的に接続されている。

【００２３】よって、本実施例によれば、ビーム整形手
段４の主体をなすプリズム３にハーフミラー９及び凹面
ミラー１０を一体化させてレーザ光の分割・分離機能も
持たせたので、各レーザ光毎の個別検出のために要する
部品点数を削減し得るものとなり、小型で済む上に、組
立て等の作業効率も向上するものとなる。特に、レーザ
光の分割・分離機能部材を各々単独で設けるのに比し
て、相互間の位置ずれも最小限となり、安定して制御が
可能となる。特に、集光手段をなす凹面ミラー１０を考
えた場合、単独で集光レンズを設けて芯合わせしてプリ
ズムに貼付けるものに比して手間が省け作業効率のよい
ものとなる。また、ビーム整形手段４と光検出器１１と
が検出光学系を構成することになるが、これらは同じ光
学ベース１２に位置決め固定されているので、これらの
相対的位置関係を経時に渡って維持できるものとなり、
安定した出力制御を維持できる。さらに、信号関係を考
えた場合、光検出器１１用の回路基板１３には検出信号
回路が一体化形成されているので、アナログ信号として
得られる検出信号がこの検出信号回路において半導体レ
ーザ１の駆動電流量を制御するデジタル信号なるレベル
信号に変換した上で、回路基板１４側の出力制御回路に
伝送されるので、ノイズに強く、高精度な出力制御が可
能となる。

【００２４】つづいて、本発明の第二の実施例を図３に
より説明する。前記実施例で示した部分と同一部分は同
一符号を用いて示す（以下の実施例でも同様とする）。
前記実施例のビーム整形手段４はレーザ光を主走査方向
にビーム径を拡大整形するものとしたが、本実施例で
は、半導体レーザ１側から出射された各レーザ光のビー
ム径を副走査方向に縮小整形するプリズム１５を主体と
したビーム整形手段１６を設けたものである。即ち、こ
のプリズム１５は光軸直交の入射面１５ａと光軸に対し
て傾斜を有して出射されるレーザ光の副走査方向のビー
ム径が縮小されるようにした出射面１５ｂとを有する
が、これらの入射面１５ａ・出射面１５ｂ間にはハーフ
ミラー１７が光軸に対して傾斜させて形成され、レーザ
光の一部をこのハーフミラー１７で反射し得るように構
成されている。即ち、ハーフミラー１７によって、各レ
ーザ光を本来の走査光と検出用の反射光とに分割する機
能が確保されている。

【００２５】このハーフミラー１７による反射光を受け
るプリズム１５の端面１５ｃには集光手段となるグレー
ティングレンズ１８が一体化形成されている。よって、
ハーフミラー１７からグレーティングレンズ１８に向け
て反射された各反射光はこのグレーティングレンズ１８
によって集光するように外部に出射することになるが、
この過程で、各レーザ光毎に分離されて各受光素子を有
する光検出器１１に集光されることになる。即ち、グレ
ーティングレンズ１８によって、検出用の各レーザ光の
分離機能が確保されている。

【００２６】本実施例による場合も、基本的に、前記実
施例と同様な効果が得られる。

【００２７】さらに、本発明の第三の実施例を図４によ
り説明する。本実施例では、まず、コリメータレンズ２
に代えてマイクロレンズ１９がコリメータレンズとして
設けられ、半導体レーザ１用のパッケージ２０内に配設
され、平行光束化して出射するように構成されている。
前記パッケージ２０は支持体２１内の凹部に収納支持さ
れて設けられているとともに、その半導体レーザ１は駆
動回路等を含む回路基板２２上に接続固定されている。
また、前記マイクロレンズ１９からの平行光束が入射さ
れるプリズム２３を主体としたビーム整形手段２４が前
記支持体２１上に接着等により固定されて設けられてい
る。前記プリズム２３は各レーザ光に対して主走査方向
にビーム拡大機能が作用するように斜めに形成された入
射面２３ａを有し、かつ、シリンダレンズ５等に向けて
本来の書込み用のレーザ光として出射させる光軸直交の
出射面２３ｂとを有するが、これらの入射面２３ａ・出
射面２３ｂ間にはハーフミラー２５が光軸に対して傾斜
させて形成され、レーザ光の一部をこのハーフミラー２
５で反射し得るように構成されている。即ち、ハーフミ
ラー２５によって、各レーザ光を本来の走査光と検出用
の反射光とに分割する機能が確保されている。

【００２８】このハーフミラー２５による反射光を受け
るプリズム２３の端面２３ｃ側内部には集光手段となる
レンズ２６が形成されている。即ち、このレンズ２６は
端面２３ｃの一部表面よりプリズム２３内部へ屈折率分
布を持たせて形成したもので、端面２３ｃ表面には金属
被膜等が施されて反射面２７が形成されている。よっ
て、ハーフミラー２５からレンズ２６に向けて反射され
た各反射光はこのレンズ２６及び反射面２７によって集
光するように反射され、さらに、プリズム２３の端面２
３ｄで反射され、光軸直交の端面２３ｃの他部から外部
に出射することになるが、この過程で、各レーザ光毎に
分離されて集光されることになる。即ち、レンズ２６に
よって、検出用の各レーザ光の分離機能が確保されてい
る。

【００２９】このように分離・集光される各レーザ光を
個別に受光検出する位置に受光素子をアレイ状に配列し
てなる光検出器１１が設けられている。より詳細には、
端面２３ｅからの検出光の出射位置に対応させて前記支
持体２１には開口及び凹部が形成され、この凹部を利用
して前記光検出器１１が支持体２１に位置決め固定され
ている。また、この光検出器１１は回路基板２２上に接
続固定されている。この回路基板２２にあっては、光検
出器１１中の各受光素子により検出された光量に応じた
検出信号を発生する検出信号回路とこの検出信号に基づ
いて半導体レーザ１の各発光源に対する駆動電流を制御
する出力制御回路とが一体化実装されている。

【００３０】本実施例による場合も、基本的には、前述
した実施例と同様の効果が得られるが、特に、集光手段
をプリズム２３内に屈折率分布を持たせて形成したレン
ズ２６としているので、凹面ミラー１０やグレーティン
グレンズ１８等による場合に比して、ビーム整形手段２
４が平板状で小型に形成できるものとなり、取付け・位
置決め等の点で取扱性のよいものとなる。また、半導体
レーザ１、ビーム整形手段２４及び光検出器１１なる光
源部と検出系光学部とを同一の支持体２１に位置決め固
定して設けているので、相互間の位置合わせ及び位置関
係の維持が容易となり、組立て等に関する作業性がよく
てメンテナンス性にも優れたものとなる。さらに、回路
基板２２において検出信号回路と出力制御回路とが一体
化実装されているので、ノイズに強く、高精度な出力制
御が可能となる。

【００３１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、複数の発
光源を有する半導体レーザから出射されたレーザ光をコ
リメータレンズにより平行光束とした後、ビーム整形手
段を介して偏向手段に導光し、この偏向手段で偏向され
たレーザ光を結像手段により被走査面上に結像させて光
走査させるようにした光走査装置において、前記ビーム
整形手段を、各レーザ光のビーム径を主走査方向と副走
査方向との少なくとも一方向に拡大又は縮小させるプリ
ズムと、このプリズムの出射光路上に形成したハーフミ
ラーと、前記プリズムと一体化されてこのハーフミラー
による反射光に対して集光作用を示して出射させる集光
手段とにより形成し、この集光手段により分離されて出
射される各レーザ光対応の反射光を個別に検出する複数
の受光素子を設けることで、ビーム整形手段に各レーザ
光に対する分割及び分離機能を確保しているので、各レ
ーザ光毎の光出力検出のために要する部品点数を削減で
き、組立て等の作業効率のよいものとなり、小型化も確
保できる。

【００３２】この際、請求項２記載の発明では、分割及
び分離機能が付加されたビーム整形手段が複数の受光素
子とともに同一の支持体に位置決め固定させたので、光
出力のための検出光学系としての相対的な位置関係を経
時に渡って維持することができ、環境変化等に強い安定
した光出力制御を行うことができる。

【００３３】また、請求項３記載の発明では、半導体レ
ーザとビーム整形手段と複数の受光素子とを同一の支持
体に位置決め固定したので、組立て作業性がよいととも
に、相互間の位置関係を経時に渡って維持でき、メンテ
ナンス性も向上させることができる。

【００３４】さらに、請求項４記載の発明では、受光素
子により検出された光量に応じた検出信号を発生する検
出信号回路とこの検出信号に基づいて半導体レーザの各
発光源に対する駆動電流を制御する出力制御回路との内
の少なくとも一部を一体化形成した回路基板上に複数の
受光素子を接続固定したので、アナログ信号として得ら
れる検出信号をこの検出信号回路において半導体レーザ
の駆動電流量を制御するデジタル信号なるレベル信号に
変換した上で出力制御回路に伝送することができるの
で、ノイズに強く、高精度な出力制御を行うことができ
る。

【００３５】また、請求項５記載の発明では、集光手段
を、プリズム中に屈折率分布を持たせて形成したレンズ
としたので、ビーム整形手段全体を平板状で小型なもの
として形成でき、取扱性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の要部を示す一部切欠い
た平面図である。

【図２】全体的構成を示す概略平面図である。

【図３】本発明の第二の実施例を示し、（ａ）は平面
図、（ｂ）は側面図である。

【図４】本発明の第三の実施例を示す水平断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 半導体レーザ ２ コリメータレンズ ３ プリズム ４ ビーム整形手段 ６ 偏向手段 ７ 結像手段 ８ 被走査面 ９ ハーフミラー １０ 集光手段 １２ 支持体 １３ 回路基板 １５ プリズム １６ ビーム整形手段 １７ ハーフミラー １８ 集光手段 １９ コリメータレンズ ２１ 支持体 ２２ 回路基板 ２３ プリズム ２４ ビーム整形手段 ２５ ハーフミラー ２６ 集光手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の発光源を有する半導体レーザから
   出射されたレーザ光をコリメータレンズにより平行光束
   とした後、ビーム整形手段を介して偏向手段に導光し、
   この偏向手段で偏向されたレーザ光を結像手段により被
   走査面上に結像させて光走査させるようにした光走査装
   置において、前記ビーム整形手段を、各レーザ光のビー
   ム径を主走査方向と副走査方向との少なくとも一方向に
   拡大又は縮小させるプリズムと、このプリズムの出射光
   路上に形成したハーフミラーと、前記プリズムと一体化
   されてこのハーフミラーによる反射光に対して集光作用
   を示して出射させる集光手段とにより形成し、この集光
   手段により分離されて出射される各レーザ光対応の反射
   光を個別に検出する複数の受光素子を設けたことを特徴
   とする光走査装置。
2. 【請求項２】 ビーム整形手段と複数の受光素子とを同
   一の支持体に位置決め固定したことを特徴とする請求項
   １記載の光走査装置。
3. 【請求項３】 半導体レーザとビーム整形手段と複数の
   受光素子とを同一の支持体に位置決め固定したことを特
   徴とする請求項１記載の光走査装置。
4. 【請求項４】 受光素子により検出された光量に応じた
   検出信号を発生する検出信号回路とこの検出信号に基づ
   いて半導体レーザの各発光源に対する駆動電流を制御す
   る出力制御回路との内の少なくとも一部を一体化形成し
   た回路基板上に複数の受光素子を接続固定したことを特
   徴とする請求項１，２又は３記載の光走査装置。
5. 【請求項５】 集光手段を、プリズム中に屈折率分布を
   持たせて形成したレンズとしたことを特徴とする請求項
   １，２，３又は４記載の光走査装置。