JPH0954266A - 走査光学装置 - Google Patents

走査光学装置

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JPH0954266A
JPH0954266A JP7205625A JP20562595A JPH0954266A JP H0954266 A JPH0954266 A JP H0954266A JP 7205625 A JP7205625 A JP 7205625A JP 20562595 A JP20562595 A JP 20562595A JP H0954266 A JPH0954266 A JP H0954266A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 イメージリーダ部とレーザプリンタ部とを共
通の光学系で構成して、画像の読み取りと記録とを１つ
の装置で実現すると共に装置の小型化と低コスト化とを
実現し、さらには画像読み取り精度と画像記録精度とを
等しくした走査光学装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 光源である半導体レーザ１と、その半導
体レーザ１からの光束を偏向走査するための偏向器であ
るポリゴンミラー５と、画像を記録するための感光体７
と、前記半導体レーザ１からの光束を前記感光体に集光
するための集光手段である集光レンズ６とを備える装置
であり、前記光束を前記偏光器と感光体との間に設けら
れた反射ミラー８で、前記集光レンズ６に対して感光体
７と共役な位置に配置された原稿台上の原稿９を走査し
読み取る装置であり、前記半導体レーザ１のケース内に
光路分離用ビームスプリッタ１０４と光検出器１０５と
を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真プロセス
により画像を記録するレーザビームプリンタ等に用いら
れる走査光学装置に関し、特に、前記走査光学装置を用
いて原稿の画像情報を読み取る走査光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光導電性物質を材料とした感光体
に画像信号に応じて変調されたレーザ光を照射して静電
潜像の形で画像を記録し、トナーを用紙に転写して画像
を顕像化する装置としてレーザビームプリンタがあっ
た。また、原稿等の画像情報を１次元ＣＣＤと走査ミラ
ーとにより２次元的に読み取る装置としてイメージリー
ダがあった。更には、前記レーザビームプリンタとイメ
ージリーダとを同時に内蔵して、読み取った画像を直ち
にプリントアウトするという複写機能を備えた装置があ
った。
【０００３】図９は、従来例を説明するための構成図で
ある。図中上部に配置されるイメージリーダ部におい
て、原稿台１０に載せられた反射原稿９の像は、全速走
査ミラー１１及び半速走査ミラー１２で光路を曲げられ
てＣＣＤ１４上に結像レンズ１５によって結ばれてい
る。線光源１３は図中奥行き方向に配設され、全速走査
ミラー１１と一体的に移動し、反射原稿９の走査面を明
るく照らしている。
【０００４】前記全速走査ミラー１１は、走査開始時実
線で示した位置に待機しており、図中右方に走査された
後、破線で示した位置で走査を終了する。一方半速走査
ミラー１２は、２個が一対となり前記全速走査ミラー１
１同様に実線で示した位置から破線で示した位置まで走
査される。この時、全速走査ミラー１１と半速走査ミラ
ー１２との走査スピードの比が２：１となっており、結
像レンズ１５と反射原稿９との距離は一定に保たれる。
この結果、ＣＣＤ１４に結像される像面は走査によらず
一定に保たれ、ピントのずれは生じない。ここでＣＣＤ
１４は複数個の光検出器が走査方向に対して垂直に一列
に並んだ構造をしている。
【０００５】一方、図中下部に配置されるレーザプリン
タ部において、図に示さないレーザ光源は上記イメージ
リーダ部で読み取られた画像信号に応じて変調されポリ
ゴンミラー５に向かってレーザ光を照射している。ポリ
ゴンミラー５は複数の反射面を有し、中心を軸として回
転しており入射したレーザ光を偏向走査している。走査
されたレーザ光は、走査レンズ６を通って反射ミラー８
で下方に導かれ感光体７を照射している。感光体７は予
め正あるいは負に帯電されており、レーザが照射された
部分だけ電荷が抜ける特性を有しているため、帯電と逆
の電位をバイアスで印加し帯電したトナーを接触させる
ことでレーザが照射された部分にのみトナーが残り、用
紙に転写させればイメージリーダ部で読み取った画像が
黒く顕像化する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９に
示されるようにイメージリーダ部とレーザプリンタ部と
を同じ装置の中に配置すると装置構成が大型化し、高価
なものになっていた。また、読み取りと記録の精度が等
価にならないため、不必要に読み取り精度を高めたりそ
れとは逆に記録の精度が高かったため、どちらかの性能
が犠牲となるという不都合な点が生じていた。
【０００７】本発明はかかる従来の欠点を解消するため
に、イメージリーダ部とレーザプリンタ部とを共通の光
学系で構成して、画像の読み取りと記録とを１つの装置
で実現すると共に装置の小型化と低コスト化とを実現
し、さらには画像読み取り精度と画像記録精度とを等し
くした走査光学装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項１記載の走査光学装置においては、光源から
の光束が偏向器により偏向走査されると共に集光手段に
より集光され、画像記録時には反射手段により感光体上
に照射露光され、画像読み取り時には原稿に照射され
て、原稿からの散乱光が光源のケース内に備えられたビ
ームスプリッタで光源とは異なる位置に配置された光検
出器に光路を分離されて読み取りが行われる。
【０００９】また、請求項２記載の走査光学装置は、光
源にレーザを採用しているため指向性を持って光束を放
射する光源となり、結合効率の向上と像面上のスポット
径の微小化を図っている。
【００１０】また、請求項３記載の走査光学装置は、光
源に半導体レーザを採用しているためさらに装置の小型
化や取り付け易さを図っている。
【００１１】また、請求項４記載の走査光学装置は、光
源に半導体レーザ或いは固体レーザからの放射光を、非
線形光学素子で波長が可視光である４００nm〜７００nm
に短波長化したレーザを用いている。
【００１２】また、請求項５記載の走査光学装置は、光
路分離用ビームスプリッタを回折効果を利用した素子に
することで、回折効果を受けた１次光が検出器に偏向分
離される。
【００１３】また、請求項６記載の走査光学装置は、遮
光手段を備え回折効果を利用した素子が光源から放射さ
れた光束を回折し、その回折光が感光体或いは原稿に到
達しないよう遮光している。
【００１４】また、請求項７記載の走査光学装置は、さ
らに回折光を利用した素子が偏向器の偏向走査方向とは
直交する方向に光束を回折し、その回折光が感光体或い
は原稿に到達しないよう遮光している。
【００１５】また、請求項８記載の走査光学装置は、光
路分離用ビームスプリッタがハーフミラーであり、原稿
から戻ってきた光束は反射して光検出器に導かれる。
【００１６】また、請求項９記載の走査光学装置は、集
光手段がｆθレンズであり、像面上のスポットの走査速
度が線速度一定となっている。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。尚、その説明中従来と同じ
要素には同じ符号をつけて説明する。
【００１８】図１及び図２は、本発明による走査光学装
置の構成図であり、図１はその平面図図２はその側面図
である。画像記録時には、光源である半導体レーザ１よ
り指向性を持って放射された光束は、コリメートレンズ
２を通り略平行光となる。光路中に配設された絞り３
は、平行となった光束を所望の大きさに絞るために用い
られる。その後絞られた光束は、一方向のみ収束効果を
持つ円筒レンズ４を通過して偏向器であるポリゴンミラ
ー５に潜像となって入射する。さらに光束は、ポリゴン
ミラー５によって２枚からなる集光手段としての集光レ
ンズ６に向けて反射偏向され、さらに反射手段としての
反射ミラー８によって下方に反射されドラム状になった
感光体７を照射している。ポリゴンミラー５は複数の反
射面を有し、ある軸を中心として一定速度で回転してお
り、１つの反射面に入射した光束を一定角速度で偏向走
査している。
【００１９】集光レンズ６は２枚のレンズから成り、偏
向走査された光束を感光体７上に微小スポットで照射す
るよう集光すると共に、一定角速度で偏向走査された光
束を感光体上で線速度一定の直線走査に変換するｆθ特
性を有している。図示しない変調手段により画像信号に
応じた変調を受けた光束は、ドラムの中心を軸として回
転する感光体７をラスタ走査することで、感光体７上に
２次元の静電潜像を記録する。
【００２０】一方画像読み取り時には、画像記録時と同
様半導体レーザ１から射出された光束は、今度は反射ミ
ラー８が破線で示すように上方に向いているため原稿台
１０の上の原稿９に向かって照射される。ミラー８の片
側には長手方向を軸として歯車１８が取り付けられてお
り、駆動モータ１６の軸に取り付けられたウォームギア
１７と噛み合わされ、記録或いは読み取りに応じて上下
に回転偏向可能となっている。一方、ポリゴンミラー５
が回転するのに伴って光束は原稿９を一次元的に走査す
るが、原稿９が搬送ローラ９１、９２によって図中矢印
の方向に移動しているため光束が原稿９をラスタ走査し
て２次元的に照射している。原稿９に照射された光束
は、原稿９により散乱反射され再び照射したときと同じ
光路を戻って半導体レーザ１に入射する。半導体レーザ
１には後述する光検出器１０５が備えられているため、
原稿の画像に応じて光量が変化した光束を検出すること
で、原稿９の２次元画像を読み取ることができる。
【００２１】図３は、半導体レーザ１の構造を示す説明
図である。
【００２２】レーザ光を放射するレーザチップ１０１
は、熱拡散を考慮して金属のマウント１０２に配設され
ている。レーザチップ１０１の前面からは画像の読み取
りや記録に利用される光束が放射されているが、後面か
らは前面に比例した光量の光束が放射されているため、
後方に光検出器１０３が設置され光量安定制御に用いら
れている。一方レーザチップ１０１の前方には、放射さ
れたレーザ光はそのまま透過するが原稿から戻ってきた
光束は向きを偏向して透過するという光路分離用ビーム
スプリッタ１０４が配置されている。そのため、光量安
定制御用光検出器１０３とは別に原稿からの画像信号検
出用光検出器１０５が配設され、ビームスプリッタ１０
４で偏向透過された光束は光検出器１０５に入射してい
る。ビームスプリッタ１０４は、光の回折効果を利用し
て光路を分離する素子であってもよく、例えば回折格子
が適している。これらの素子は、同一のＬＤケース１０
６に内蔵されている。
【００２３】図４は、ビームスプリッタ１０４を回折格
子としたときの構造を示す説明図である。
【００２４】レーザチップ１０１より射出されたレーザ
光は回折格子１１０の回折作用を受けない０次光として
そのまま透過する。逆に原稿９から戻ってきた光束は同
じ光路で回折格子１１０に入射するが、今度は回折作用
を受け１次光として回折角度θNだけ回折され光検出器
１０５に向かって偏向透過する。
【００２５】図５は、回折格子１１０の機能を表す説明
図である。
【００２６】ノコギリ波状の回折面を持つ回折格子１１
０は、屈折率ｎであるガラスあるいはプラスチックから
成っている。この真下より入射してきたレーザ光は、回
折作用を受けない０次光として真上に透過する。一方原
稿９から反射して戻ってきたレーザ光は、格子常数と呼
ばれる回折格子のピッチがｄである回折面によって次式
で示される回折角θNだけ回折作用を受ける。
【００２７】
【数１】
【００２８】λはレーザの波長を表し、Ｎは回折次数を
表す。ここでは１次の回折光を利用するとしてＮ＝１と
すると、
【００２９】
【数２】
【００３０】という関係式が導出される。この場合回折
面がブレーズド格子になっているため、回折光は選択的
に１次回折光として透過する。この効果を説明するため
この回折面を微視的に解析すると、原稿９から戻ってき
たレーザ光は回折面でスネルの法則に従って屈折する。
ブレーズ角をαとすると、ブレーズ面への入射角をφ屈
折角をθとして、次式が成り立つ。
【００３１】
【数３】
【００３２】１次光がブレーズドされているからθN＝
θ−φが成り立ち、上式は次のように変形される、
【００３３】
【数４】
【００３４】ここでα＝φであるから、結局ブレーズ角
αは次式で表される。
【００３５】
【数５】
【００３６】すなわち、格子常数ｄで決まる回折方向と
ブレーズ角で決まる屈折方向が一致するため、回折光は
選択的にθNの角度に回折されるのである。現実的に
は、光検出器１０５の配置からθNを定め、格子常数ｄ
とブレーズ角αを求める。例えば、光検出器１０５をレ
ーザチップ１０１の右方向５mm回折格子の下方向１０mm
に配置する場合θN＝２６．６°となり、λ＝０．７８
μｍ，ｎ＝１．５とすると格子常数ｄ＝１．７４μｍ，
ブレーズ角α＝３６．５°となる。
【００３７】その他ビームスプリッタはハーフミラーで
あってもよい。図６は、ビームスプリッタをハーフミラ
ー１２０で構成した例を示す説明図である。
【００３８】レーザチップ１０１より射出したレーザ光
は、ハーフミラー１２０を透過して原稿９を照明した
後、同一の光路を戻って再びハーフミラー１２０に入射
する。光検出器１０５は図中右側に設置され、ハーフミ
ラー１２０で反射された原稿９からのレーザ光を検出し
ている。
【００３９】さらにビームスプリッタはホログラムであ
ってもよい。図７は、ビームスプリッタをホログラム１
３０で構成した例を示す説明図である。
【００４０】レーザチップ１０１より射出したレーザ光
は、ホログラム１３０を透過して原稿９を照射した後、
同一の光路を戻って再びホログラム１３０に入射する。
光検出器１０５は図中右下に設置され、ホログラム１３
０で回折された原稿９からのレーザ光を検出している。
ホログラム１３０には任意の干渉パターンが形成されて
おり、光軸上レーザチップ１０１とは等しくない距離に
ある光検出器１０５にレーザ光が集光している。
【００４１】ビームスプリッタを回折格子やホログラム
等の回折効果を利用して光路を分離する素子で構成した
場合、レーザチップより射出して最初にビームスプリッ
タと通過した際にも回折の効果を受ける。従って、感光
体７或いは原稿９に回折光が到達するとそれが迷光とな
り、記録及び読み取りの際画像の品質が低下する。その
ため、ビームスプリッタ以降に０次光を遮らない位置
で、回折光の光路内に回折光のみ遮光する手段を設ける
必要がある。しかし、偏向器以降に遮光手段を設けるた
めには、ビームスプリッタの回折方向が偏向器の偏向走
査方向とは直交する方向でなければならない。
【００４２】図８は、走査光学装置の断面図である。
【００４３】レーザチップ１０１よる射出したレーザ光
が、回折格子から成るビームスプリッタ１０４で回折効
果を受けない０次光と１次の回折光に分離されている。
図中０次光の光路を１点鎖線、１次光の光路を２点鎖線
で示す。回折格子の格子パターンが図中奥行き方向に刻
まれているため、回折光は図中上下方向に回折されてい
る。０次光は、破線で示されるポリゴンミラー５の反射
面でいったん絞られた後発散光となるが、集光レンズ６
により再び感光体７或いは原稿９で集光されている。遮
光手段２０は、この０次光を遮らないよう設定しなけれ
ばならず、可能性のある設定箇所は図中に示したＡ，
Ｂ，Ｃ，Ｄの４箇所である。このとき、ＡまたはＢに遮
光手段２０を配置する場合はいずれか一方のみでよく、
ＡおよびＢのいずれにも遮光手段２０を配置しない場合
はＣおよびＢの両方に配置する必要がある。
【００４４】本発明は上記構成にのみ限定されるのでは
なく、例えば光源にＳＨＧ等の非線形光学素子を用いて
波長を短くすることも考えられる。これにより原稿がイ
ンクや染料で書かれた場合、近赤外の光源では読みとれ
なかったが、可視光に変換することで読み取れるのであ
る。或いは、光路切換用の反射ミラーはハーフミラーな
いしはハーフプリズムでもよく、原稿と感光体とを同時
に照射して複写機として使用することも考えられる。そ
の他、同等の機能を有する変型も含むものである。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように請
求項１記載の走査光学装置においては、記録に用いられ
ていた光学系の光源のケース内に原稿を読み取るための
光検出器を設ける構成とすることで、画像の記録と読み
取りが同一の光学系で実現できるため、小型で安価な走
査光学装置を得ることができる。さらには、感光体上を
走査するスポット径と原稿を走査するスポット径が同一
であるため、記録時と読み取り時の精度が全く等しく装
置の合わせ込みが不要である効果を有する。
【００４６】また、請求項２記載の走査光学装置は、光
源にレーザを採用しているため光源からの光束が指向性
を持って光束となり、結合効率の向上と像面上のスポッ
ト径の微小化を実現できる。
【００４７】また、請求項３記載の走査光学装置は、光
源に半導体レーザを採用しているためさらに装置の小型
化や取り付け易さを実現できる。
【００４８】また、請求項４記載の走査光学装置は、光
源に半導体レーザ或いは固体レーザからの放射光を、非
線形光学素子で波長が可視光である４００nm〜７００nm
に短波長化したレーザを用いているため、インクや染料
で書かれた原稿も正確に読み取ることができる。
【００４９】また、請求項５記載の走査光学装置は、光
路分離用ビームスプリッタを回折効果を利用した素子に
したため、小型でＬＤケース内に収め易い効果を有す
る。
【００５０】また、請求項６記載の走査光学装置は、遮
光手段を備えているため不要な回折光が感光体或いは原
稿に到達せず迷光がないので、画像の品質の高い記録及
び読み取りが可能となる。
【００５１】また、請求項７記載の走査光学装置は、さ
らに回折光が偏向走査方向とは直交する方向に回折して
いるため、効率よく遮光でき画像の品質が高くなる効果
を有する。
【００５２】また、請求項８記載の走査光学装置は、光
路分離用ビームスプリッタがハーフミラーであるため、
安価に構成できる。
【００５３】また、請求項９記載の走査光学装置は、集
光手段がｆθレンズであるため変調回路が単純になり回
路部品点数が簡略化でき安価に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した走査光学装置の構成図の平面
図である。
【図２】本発明を実施した走査光学装置の構成図の側面
図である。
【図３】光源を説明する構造図である。
【図４】回折格子を説明する構造図である。
【図５】回折格子を説明する構造図である。
【図６】ハーフミラーを説明する構造図である。
【図７】ホログラムを説明する構造図である。
【図８】走査光学装置の断面図である。
【図９】従来装置の構成図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ ５ ポリゴンミラー ６ 集光レンズ ７ 感光体 ８ 反射ミラー ９ 原稿 １０４ ビームスプリッタ １０５ 光検出器

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ケース内に配設された光源と、その光源
    からの光束を偏向走査するための偏向器と、画像に応じ
    た静電潜像を形成するための感光体と、前記光源からの
    光束を集光するための集光手段と、前記偏向器と感光体
    との間に設けられ、前記光束を反射させるための反射手
    段とを備え、その反射手段により反射された光束を利用
    して前記集光手段に対して感光体と共役な位置に配置さ
    れた原稿を読み取る走査光学装置であって、前記光源の
    ケース内に光路分離用ビームスプリッタと前記原稿を読
    み取るための光検出器とを備えたことを特徴とする走査
    光学装置。
  2. 【請求項２】 前記光源が、指向性を持って光束を放射
    するレーザであることを特徴とする請求項１に記載の走
    査光学装置。
  3. 【請求項３】 前記光源が、半導体レーザであることを
    特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
  4. 【請求項４】 前記光源が、半導体レーザ或いは固体レ
    ーザを非線形光学素子により短波長化されたレーザであ
    ることを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
  5. 【請求項５】 前記光路分離用ビームスプリッタが、回
    折効果を利用して光路を分離する素子であることを特徴
    とする請求項１に記載の走査光学装置。
  6. 【請求項６】 前記素子より発生した回折光が前記感光
    体或いは前記原稿に到達しないよう、光路内に遮光手段
    を備えたことを特徴とする請求項５に記載の走査光学装
    置。
  7. 【請求項７】 前記素子より発生した回折光の回折方向
    が、前記偏向器の偏向走査方向と直交する方向であるこ
    とを特徴とする請求項６に記載の走査光学装置。
  8. 【請求項８】 前記光路分離用ビームスプリッタが、ハ
    ーフミラーであることを特徴とする請求項１に記載の走
    査光学装置。
  9. 【請求項９】 前記集光手段が像面上でｆθ特性を有す
    るレンズであることを特徴とする請求項１に記載の走査
    光学装置。
JP20562595A 1995-08-11 1995-08-11 走査光学装置 Expired - Fee Related JP3567540B2 (ja)

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