(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに波長特性が異なる２つの光源と、前記２つの光源から放射される光束を合成して共通光路を進ませる光路合成手段と、前記共通光路に配置され、前記光路合成手段によって合成された光束を反射、偏向する光偏向手段と、前記光偏向手段によって反射した光束を集光する集光手段と、前記集光手段を経た光束の内、１つの前記光源から放射された光束を感光体の画像形成面に入射させると共に、他の光源から放射された光束を原稿の読み取り面に入射させる光路分離手段と、前記原稿の読み取り面に照射されて反射した散乱光を検出する光検出手段とを備えた走査光学装置において、
前記他の光源から放射されて前記原稿に照射される光束を一定周波数で変調制御する変調器と、
前記光検出手段によって検出された信号を前記変調器の変調信号に応じた周波数によって復調し、かつその復調信号に基づいて前記原稿から画像情報を読み取るための復調器とを備えたことを特徴とする走査光学装置。
【請求項２】
前記各光源の内、前記原稿に入射される光源の波長を約４００〜７００ナノメートルの可視光とした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】
前記各光源は、半導体発光素子によって構成されており、前記変調器は、前記半導体発光素子を駆動する電流を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の走査光学装置。
【請求項４】
前記各光源の内、前記感光体の画像形成面に光束を入射させる光源は、前記復調器により得られた復調信号に基づいて変調されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の走査光学装置。
【請求項５】
前記光検出手段は、複数の光電変換素子によって構成したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の走査光学装置。
【請求項６】
前記光路合成手段及び光路分離手段は、前記各光源から放射された光束をその波長特性の相違に基づいて反射もしくは透過する特性を有するダイクロイックミラーによって構成したことを特徴とする請求項１から請求項５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、原稿の画像情報を読み取ることが可能な走査光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、原稿面を例えば蛍光灯で照明し、原稿面からの反射光を縮小・投影レンズを用いて、例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）からなるラインセンサに導き、このラインセンサからの検出出力により、画像の１ライン毎の画像情報を得ると共に、原稿面を読み取りラインと直交する方向に沿って走査することにより、画像全体の画像情報を得ることにより、原稿画像を全面に渡り読み取ることができる画像読み取り光学系が知られていた。
【０００３】
一方、ポリゴンミラーを用いてレーザビームを感光ドラム表面の感光層を軸方向に走査（主走査）すると共に、感光ドラムを回転（副走査）させ、感光ドラム表面の感光層に画像に対応した潜像を形成させる画像書き込み光学系も知られている。なお、この画像書き込み光学系で形成された潜像は、所謂電子写真法を利用して、現像装置によりトナーが付着させられてトナー像が形成（現像）され、そして、転写装置により記録用紙上にトナー像が転写され、定着装置により転写されたトナー像を記録用紙上に定着させるようにして記録紙上に書き込み形成するようにしている。
【０００４】
以上をふまえて、特開平７−１９９０９７公報に記載の装置では、上述した画像読み取り機能及び画像書き込み機能を共に有しつつ、画像読み取り光学系と画像書き込み光学系における光学部品の共通化を図った装置が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開平７−１９９０９７公報に記載の装置によれば、画像を読み取る場合、原稿の走査面からの反射光に応じて画像を読み取るようにしている。このため、装置内に外乱光が入った場合に、画像情報が誤って読み取られるばかりか、場合によっては全く読み取ることが不能となる虞がある。
【０００６】
また、反射光を検出するには、光電変換素子により生じる光量に応じた光電流を増幅回路によって増幅することが一般的である。このとき、光電変換素子から生じる光電流の周波数は、ポリゴンミラーを介して連続的に原稿上を走査するため、原稿が全面白の場合に最低周波数となり、また、原稿上の走査ビーム径によって制限される最高解像度に対応した黒点もしくは白点を読み取った場合に最高周波数となる。このため、画像情報の濃淡を画像のパターンに依存せずに読み取るには、前記最低周波数から前記最高周波数に至るまで平坦な増幅率を有する増幅回路を必要とするため、回路が大規模となり安価な装置を提供することができない。さらには、前記回路に電磁波等による外来ノイズが混入した状況において、前記外来ノイズは読み取った画像情報に、例えば、黒線や白抜けといった形で影響を与える。
【０００７】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、原稿を照射する光束を一定の周波数で変調し、前記原稿からの散乱光を受光して得られる電気信号を復調して前記原稿の画像情報を読み取ることにより、装置内に入り込む外乱光の影響を低減すると共に、電気的な外来ノイズの影響を低減することができる走査光学装置を提供することを目的としている。
【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、本発明の請求項１に記載の走査光学装置は、互いに波長特性が異なる２つの光源と、前記２つの光源から放射される光束を合成して共通光路を進ませる光路合成手段と、前記共通光路に配置され、前記光路合成手段によって合成された光束を反射、偏向する光偏向手段と、前記光偏向手段によって反射した光束を集光する集光手段と、前記集光手段を経た光束の内、１つの前記光源から放射された光束を感光体の画像形成面に入射させると共に、他の光源から放射された光束を原稿の読み取り面に入射させる光路分離手段と、前記原稿の読み取り面に照射されて反射した散乱光を検出する光検出手段とを備えたものを対象として、特に、前記他の光源から放射されて前記原稿に照射される光束を一定周波数で変調制御する変調器と、前記光検出手段によって検出された信号を前記変調器の変調信号に応じた周波数によって復調し、かつその復調信号に基づいて前記原稿から画像情報を読み取るための復調器とを備えている。
【０００９】
従って、この発明によれば、前記２つの光源から放射された光束は光路合成手段によって共通光路を進むように合成され、その合成された光束は前記光偏向手段によって反射、偏向され、その反射された光束は前記集光手段によって集光され、その集光された光束は前記光路分離手段に入射され、ここで、１つの前記光源から放射された光束を感光体の画像形成面に入射させて画像の記録を為し、他の光源から放射された光束を原稿の読み取り面に入射させて、その読み取り面から反射した散乱光を光検出手段によって検出する。
そして、前記他の光源から放射されて前記原稿に照射される光束を前記変調器によって一定周波数で変調制御する一方、前記光検出手段によって検出された信号を前記復調器によって前記変調器の変調信号に応じた周波数によって復調し、かつその復調信号に基づいて前記原稿から画像情報を読み取る。
【００１０】
また、請求項２に記載の走査光学装置は、前記各光源の内、前記原稿に入射される光源の波長を約４００〜７００ナノメートルの可視光としたものである。従って、前記光源から射出された約４００〜７００ナノメートルの波長の光束が変調されて原稿に照射され、原稿からの散乱光を光検出器で検出して復調器で復調することにより、原稿上の画像情報が読み取られる。
【００１１】
また、請求項３に記載の走査光学装置は、前記各光源が、半導体発光素子によって構成されており、前記変調器は、前記半導体発光素子を駆動する電流を制御するように構成されている。従って、前記半導体発光素子から射出された光束が変調されて原稿に照射され、原稿からの散乱光を光検出器で検出して復調器で復調することにより、原稿上の画像情報が読み取られる。
【００１２】
また、請求項４に記載の走査光学装置は、前記各光源の内、前記感光体の画像形成面に光束を入射させる光源は、前記復調器により得られた復調信号に基づいて変調されている。従って、原稿の画像情報の読み取りと同時に、その画像を前記感光体の画像形成面に書き込むことができる。
【００１３】
また、請求項５に記載の走査光学装置は、前記光検出手段が、複数の光電変換素子によって構成されている。従って、前記原稿上のどの走査位置においても略等しい信号量で画像情報を得ることができ、画像情報の読み取りを常に確実、かつ安定化することができる。
【００１４】
さらに、請求項６に記載の走査光学装置は、前記光路合成手段及び光路分離手段が、前記各光源から放射された光束をその波長特性の相違に基づいて反射もしくは透過する特性を有するダイクロイックミラーによって構成されている。従って、感光体の画像形成面に入射させる光束と、前記原稿の読み取り面に入射させる光束とを波長特性に従って確実に分離することができ、常に画像情報の読み取りと書き込みとを所定通り正確に実施することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の走査光学装置を具体化した実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本実施の形態の走査光学装置を模式的に示す構成図である。この走査光学装置は、画像書き込み光学系と画像読み取り光学系の両方の機能を有している。
【００１７】
先ず、画像書き込み光学系として機能する場合について説明する。ある波長λ１（例えば、７８０ナノメートル）を有する光源である半導体レーザ１から射出された光束の光路上に、本発明の光路合成手段である合成ミラー３と、本発明の光偏向手段であるポリゴンミラー４とが配設されており、光源１から射出された光束は合成ミラー３を透過後、ポリゴンミラー４によって反射、偏向され、本発明の集光手段である等速レンズ（以下ｆθレンズと称する）５によって集光されると共に、光路上に配設された本発明の光路分離手段である分離ミラー６によって感光体７上に入射される。前記ポリゴンミラー４が一定速度で回転することにより、光束は感光体７上を走査するが、ポリゴンミラー４の角度誤差により画像記録開始位置がばらつくことを防ぐために、画像記録開始位置の手前で光束を検知する図示しない光センサを設け、一定時間後に画像記録を開始することで感光体７上での記録位置を揃えるようにしている。なお、前記合成ミラー３及び分離ミラー６は、それぞれ各光束の波長の違いによって反射或いは透過する特性を持つダイクロイックミラーが用いられる。
【００１８】
次に、画像読み取り光学系として機能する場合について説明する。ある波長λ２（例えば、６７０ナノメートル）を有する光源である半導体レーザ２から射出された光束の光路上に、前記合成ミラー３が配設されており、光源２から射出された光束は後で説明する合成ミラー３の機能により反射され、画像書き込み用の光源である半導体レーザ１から射出される光束と同じ共通光路上を進み、前記ポリゴンミラー４によって反射、偏向された後、前記ｆθレンズ５によって集光されると共に、その集光された光束が前記分離ミラー６を透過し、読み取り対象である原稿８の読み取り走査位置に入射する。原稿８からの散乱反射光は、分離ミラー６に対して原稿８側に配設された本発明の光検出手段、即ち、例えば、複数個のフォトダイオードからなる光電変換素子３１〜３３によって受光される。この３個の光電変換素子には、各素子に受光光量に応じた光電流が発生するが、この光電流を受光素子駆動回路１０によって電流電圧変換し、各素子毎に生じる受光光量に応じた信号電圧を加算した信号を出力する。
【００１９】
前記原稿８に入射される光束は、本発明の変調器である変調回路９によって一定周波数で変調されているため、受光素子駆動回路１０から出力される受光信号は、一定周波数の搬送波を持った信号となる。この信号を本発明の復調器である復調回路１１で復調検波することによって得られた信号は、原稿８からの反射光量に比例した信号であり、原稿８の走査位置上が白色である場合は最大電圧を示し、原稿８の走査位置上が黒色である場合は最小電圧を示すので、原稿上の画像情報を電圧の高低差により読み取ることができる。
【００２０】
前記のように検出された各走査位置での信号は、反射光の強度によって白色と黒色とに判別され、１ライン分の画像情報を読み取ることができる。これを、原稿を送りながら原稿の読み取り範囲分繰り返すことにより、原稿面の画像情報を全て読み取ることができる。また、前述の反射光量の強弱から白黒を階調に分けて表現することも十分可能である。この読み取った画像情報は、原稿８の位置が感光体７とほぼ等しい距離に配設されているので、原稿８上の走査ビーム径と感光体７上の走査ビーム径とがほぼ同じ大きさになるため、画像の記録の際の解像度と同程度で読み取ることが可能である。なお、変調回路９によって行う変調周波数は、少なくとも走査ビームが装置で定めた最高解像度に相当するドットもしくはラインを走査する時間を１周期とすることが必要であり、さらに、前記の周波数の数倍から数十倍の周波数を用いることが望ましい。
【００２１】
図２、図３は、前記ダイクロイックミラーによって構成された合成ミラー３及び分離ミラー６の分光反射特性を表す特性図であり、横軸が波長で縦軸が反射率である。図２を参照しながら説明すると、書き込み用光源である半導体レーザ１の光束の波長をλ１、読み取り用光源である半導体レーザ２の光束の波長をλ２とすると、波長λ１での反射率Ｒ１と波長λ２での反射率Ｒ２は異なった値となっており、Ｒ２はＲ１に比べて数百から数千倍の反射率を持つと共に、波長λ１での透過率は基材であるガラス並の値となっている。図１に示す本実施の形態の構成例の場合、このダイクロイックミラーを合成ミラー３に用いることにより、波長λ１を有する書き込み用の光束は透過してポリゴンミラー４にそのまま入射するようになっており、波長λ２を有する読み取り用の光束は反射され書き込み用の光束と同じ光路を進んだ後、ポリゴンミラー４に入射する。また、図３に示すダイクロイックミラーの特性は、前記のダイクロイックミラーと波長特性が異なっており、波長λ１を反射し、波長λ２を透過する特性を有している。
【００２２】
図１に示す本実施の形態の構成例の場合、図３にその特性を示したダイクロイックミラーを分離ミラー６に用いることにより、合成ミラー３で合成した光束を波長に応じて分離し、書き込み用の光束を感光体７上に入射させつつ、読み取り用の光束を原稿８上に入射させることができる。当然のことながら、分離ミラー６に図２で示した特性を有するダイクロイックミラーを用いる場合には、感光体７の位置と原稿８の位置とを入れ替えるだけでよい。
【００２３】
図４は、図１のような３個の光電変換素子３１〜３３の構成において、Ａ４幅である２１０ミリの原稿を走査した場合について、画像の印字された部位で各光電変換素子が受光した反射光の光量を、印字されていない部位での反射光の光量から引いた検出信号強度を示したもので、横軸に原稿上を光束が照射した走査位置、縦軸に検出信号強度をとってある。３４で示す検出信号強度は、３１〜３３の検出信号強度の和である。また、図５は光電変換素子を１個とした場合であり、図６は光電変換素子を２個とした場合、図７は光電変換素子を４個とした場合である。図４から図７で判るように、光電変換素子の個数を多くした方が各走査位置での信号量を均一に得ることができる。しかし、図４から判るように、光電変換素子が３個の場合でも各素子を最適な位置に配置すれば信号をほぼ均一に検出することでき、むやみに素子の数を増やす必要はないのである。つまり、原稿８からの反射光を最適な位置に配置した複数の光電変換素子で受光すれば、従来のようにラインセンサを使うことなく、原稿上のどの走査位置でもほぼ等しい信号量で画像情報を得ることが可能である。
【００２４】
受光素子駆動回路１０は、図８に示す受光部と、図９に示す加算回路から構成されている。図８に示す回路は光電変換素子３１〜３３それぞれに接続され、光電変換素子からの微小な光電流を増幅している。本発明では、原稿８に照射する光束は一定周波数で変調されているため、光電変換素子からの光電流は一定周波数の搬送波をもった信号であり、増幅回路はその変調周波数成分のみを増幅する、所謂同調増幅回路となっている。このため、電磁波等の電気的なノイズが微小な光電流を扱う回路初段に混入しても、他の周波数成分の信号は増幅されないので、この増幅回路の出力には影響を与えない。図９は、オペアンプを用いた一般的な加算回路であり、図８に示す回路からの受光部出力をそれぞれ加算し出力している。
【００２５】
図１０に示す回路は、復調回路１１の具体的な構成例であり、一般的な検波回路である。この回路の抵抗器とコンデンサとの値を変調周波数によって定まる好適な値に設定することにより、図９に示した加算回路から出力された信号を復調し、原稿上の白黒の濃淡に比例した直流信号に変換して出力する。図１１に示す波形は、復調回路１１の動作例であり、図中２１で示す波形が入力信号であり、図中２２で示す波形が出力信号である。復調回路１１は波形２１の包絡線である波形２２を出力信号として復調検波している。
【００２６】
次に、他の実施の形態について説明する。
【００２７】
原稿８に形成されている画像がインクや染料で書かれている場合、人間の目には黒色で認識されるが、赤外光を照射したときには画像の部分も反射されて白色として検出されることがある。つまり、原稿８は可視光で読み取られることが望ましく、従って、読み取り用光源である半導体レーザ２は可視光である４００〜７００ナノメートルの波長で発振するものが要求される。言うまでもないが、光源は、半導体レーザの代わりにＹＡＧレーザ等の固体レーザであってもよく、また、レーザ光の波長を短波長化するために非線形光学素子を備えたものであってもよい。
【００２８】
図１２に示すものは、原稿を照射する光源として半導体レーザを用いた場合の変調回路９の構成例である。この回路は、変調信号に基づいて半導体レーザに流す電流を制御し、半導体レーザから射出される光束を変調することを可能としているものである。
【００２９】
図１３に示すものは、本発明の請求項４を実現するための構成例である。先ず、変調回路９により変調された光束は集光された後、原稿８上を偏向走査され、そして、前記実施の形態で説明したものと同様に、光電変換素子３１〜３３で受光され、受光素子駆動回路１０及び復調回路１１によって原稿上の画像情報が出力される。この、復調回路１０から出力される画像情報をレーザ駆動回路１３で即座に半導体レーザ１の書き込み用の信号に変換し、半導体レーザ１を原稿８上の画像情報に基づいて変調させ、原稿８から読み取った画像情報を読み取り動作と同時に書き込むようになっている。この一連の動作を、原稿８を送りつつ感光体７を原稿８と同期して回転させることより、原稿８を一回の読み取り動作で複写することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したことから明かなように、本発明の請求項１に記載の走査光学装置によれば、原稿を照射するための光源を変調器によって一定周波数で変調し、その原稿からの反射光を復調器により復調して原稿上の画像情報を読み取っているため、外乱光の影響を受けにくく、また、受光回路に外部からの電磁波ノイズが混入することを防ぐと共に、回路構成を簡単、かつ安価なものとすることができる。
【００３１】
また、請求項２に記載の走査光学装置によれば、原稿を照射するための光源として、４００〜７００ナノメートルの波長である可視光を放射しているため、インクや染料で形成された画像を読み取る場合でも、確実に高精度で読み取ることができる。
【００３２】
また、請求項３に記載の走査光学装置によれば、原稿を照射するための光源を、半導体レーザのような半導体発光素子で構成し、半導体発光素子に流す電流量を制御して光源を変調しているため、変調器を簡単、かつ安価な回路構成で実現することができる。
【００３３】
また、請求項４に記載の走査光学装置によれば、原稿の画像情報を読み取った信号を用いて、画像書き込み用の光源を駆動・変調しているため、読み取りの動作と同時に書き込みの動作を行うことができ、高速に複写することが可能になり、さらには、読み取った画像情報を記憶手段に保存する必要がないので、装置を安価に構成することができる。
【００３４】
また、請求項５に記載の走査光学装置によれば、前記光検出手段が、複数の光電変換素子によって構成されているので、前記原稿上のどの走査位置においても略等しい信号量で画像情報を得ることができ、画像情報の読み取りを常に確実、かつ安定化することができる。
【００３５】
さらに、請求項６に記載の走査光学装置によれば、前記光路合成手段及び光路分離手段が、前記各光源から放射された光束をその波長特性の相違に基づいて反射もしくは透過する特性を有するダイクロイックミラーによって構成されているので、感光体の画像形成面に入射させる光束と、前記原稿の読み取り面に入射させる光束とを波長特性に従って確実に分離することができ、常に画像情報の読み取りと書き込みとを所定通り正確に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の走査光学装置を模式的に示す構成図である。
【図２】ダイクロイックミラーの分光反射特性を示す図である。
【図３】ダイクロイックミラーの分光反射特性を示す図である。
【図４】光電変換素子が３個の場合の信号特性図である。
【図５】光電変換素子が１個の場合の信号特性図である。
【図６】光電変換素子が２個の場合の信号特性図である。
【図７】光電変換素子が４個の場合の信号特性図である。
【図８】受光素子駆動回路を構成する増幅回路の回路図である。
【図９】受光素子駆動回路を構成する加算回路の回路図である。
【図１０】復調回路の回路図である。
【図１１】復調回路の入力信号と出力信号の波形である。
【図１２】変調回路の回路図である。
【図１３】本発明の他の実施の形態の走査光学装置を模式的に示す構成図である。
【符号の説明】
１  半導体レーザ
２  半導体レーザ
３  合成ミラー
４  ポリゴンミラー
５  ｆθレンズ
６  分離ミラー
７  感光体
８  原稿
９  変調回路
１１  復調回路
２１  復調回路の入力信号波形
２２  復調回路の出力信号波形
３１〜３３  光電変換素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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