(57)【特許請求の範囲】
【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感光体および原稿に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り、
前記光源のケース内に回折効果を利用した光路分離用の回折手段と前記原稿を読み取るために前記回折手段により回折された光束を検出する光検出器とを備えるとともに、
前記回折手段から感光体あるいは回折手段から原稿までの光路内には、光源側から入射して回折手段により回折された光束が前記感光体或いは前記原稿に到達しないように遮光する遮光手段が配されている
ことを特徴とする走査光学装置。
【請求項２】
前記遮光手段は、０次光を遮らないように１次光の光路が０次光の光路よりも外側を通る個所に配されていることを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
【請求項３】
前記回折手段に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１または２に記載の走査光学装置。
【請求項４】
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１〜３のいずれかに記載の走査光学装置。
【請求項５】
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１〜３のいずれかに記載の走査光学装置。
【請求項６】
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１〜３のいずれかに記載の走査光学装置。
【請求項７】
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１〜６のいずれかに記載の走査光学装置。
【請求項８】
前記回折手段は、回折格子またはホログラムであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の走査光学装置。
【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１１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ＣＣＤ１４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、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、光源からの光束を感光体および原稿に集光するための集光手段と、偏向器と感光体との間に設けられ、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り、光源のケース内に回折効果を利用した光路分離用の回折手段と原稿を読み取るために回折手段により回折された光束を検出する光検出器とを備えるとともに、回折手段から感光体あるいは回折手段から原稿までの光路内には、光源側から入射して回折手段により回折された光束が感光体或いは原稿に到達しないように遮光する遮光手段が配されていることを特徴としている。これによれば、回折手段により回折された光束を光源とは異なる位置に配された光検出器により読み取りされるので、イメージリーダ部とレーザプリンタ部を共通の光学系で構成することができる。ここで、回折手段を配することによって光源からの光束が回折されて感光体や原稿に到達して記録および読み取りに悪影響を与える回折光が発生するものの、遮光手段を配することによりその回折光を遮光することができ、画像品質の低下を防止することができる。
【０００９】
また、請求項２記載の走査光学装置によれば、遮光手段を、０次光を遮らないように１次光の光路が０次光の光路よりも外側を通る個所に配している。これにより読取書込みに使用される０次光を遮ることなく画像の品質を劣化させると考えられる１次光のみを遮ることができる。
【００１０】
請求項３記載の走査光学装置によれば、回折手段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。
【００１１】
また、請求項４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。
【００１２】
また、請求項５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。
【００１３】
また、請求項６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。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
また、請求項７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。
また、請求項８記載の走査光学装置は、回折手段が、回折格子またはホログラムを用いている。
【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１０４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１０６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１１０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】
0003567540.tif 000002
【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】
0003567540.tif 000003
【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】
0003567540.tif 000004
【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】
0003567540.tif 000005
【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】
0003567540.tif 000006
【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＝０．７８μｍ，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１３０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１３０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。さらに、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しないので、画像の品質の高い記録及び読み取りが可能となる。
【００４６】
また、請求項２記載の走査光学装置は、０次光を遮らずかつ迷光となる１次光を遮光する個所に遮光手段が配されるので、画像の品質の高い記録及び読取が可能となる。
【００４７】
また、請求項３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。
【００４８】
また、請求項４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。
【００４９】
また、請求項５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。
【００５０】
また、請求項６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。
【００５１】
【００５２】
【００５３】
また、請求項７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
【図１】
0003567540.tif 000007
【図２】
0003567540.tif 000008
【図３】
0003567540.tif 000009
【図４】
0003567540.tif 000010
【図５】
0003567540.tif 000011
【図６】
0003567540.tif 000012
【図７】
0003567540.tif 000013
【図８】
0003567540.tif 000014
【図９】
0003567540.tif 000015