(57)【要約】【課題】光走査装置における「光路屈曲用ミラーの反射面の向きの経時的な変化による光束とアパーチュアの位置関係のずれ」を有効に防止する。【解決手段】１以上の光源１Ｒ〜１Ｂから放射される光束を、変調手段２Ｒ〜２Ｂにより画像信号に応じて強度変調し、強度変調された光束を光偏向器７により偏向させ、偏向された光束を走査結像光学系８、９、１０により被走査面１１上に集光させて光スポットを形成し、被走査面を等速的に光走査する光走査装置が、強度変調された光束のビーム整形を行うアパーチュアＡＰＲ〜ＡＰＢと、光源から光偏向器に至る１以上の光路上に配置される１以上の光路屈曲用ミラー３Ｒ〜３Ｂと、光源側からの発散性の光束の発散の起点と１以上の光路屈曲用ミラーの反射点とアパーチュアとの間を、幾何光学的に実質的な共役関係とする２以上のリレーレンズＬ１Ｒ〜Ｌ１Ｂ、Ｌ２Ｒ〜Ｌ２Ｂとを有する。【選択図】                  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上の光源から放射される光束を、変調手段により画像信号に応じて強度変調し、強度変調された光束を光偏向器により偏向させ、偏向された光束を走査結像光学系により被走査面上に集光させて光スポットを形成し、上記被走査面を等速的に光走査する光走査装置において、
強度変調された光束のビーム整形を光偏向器による偏向以前に行うアパーチュアと、
上記１以上の光源から光偏向器に至る１以上の光路上に配置される１以上の光路屈曲用ミラーと、
上記１以上の光源側からの発散性の光束の発散の起点と、上記１以上の光路屈曲用ミラーの反射点と、上記アパーチュアとの間を、幾何光学的に実質的な共役関係とする２以上のリレーレンズとを有することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
請求項１記載の光走査装置において、
光源の１以上がレーザ光源であり、上記レーザ光源から放射されるレーザ光をＡＯ変調素子の変調部に集光し、上記ＡＯ変調素子により画像信号に応じて強度変調し、強度変調されたレーザ光束を、光源側からの発散性の光束としてリレーレンズに入射させることを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項１記載の光走査装置において、
光源の１以上が半導体レーザであることを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項１〜３の任意の１に記載の光走査装置において、
光源の数が複数で、光源間で発光波長が互いに異なることを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項４記載の光走査装置において、
光源の数が３であり、これら３個の光源が、赤色、緑色、青色のレーザ光を放射するものであることを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項５記載の光走査装置において、
カラー印画紙を実態的な被走査面として光走査を行うことを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項１〜６の任意の１に記載の光走査装置において、
光偏向器が回転多面鏡であり、走査結像光学系がｆθレンズであることを特徴とする光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光描画装置や光プリンタ、デジタル複写機、光プロッタ、光ファクシミリ等の画像形成装置に関連して知られた光走査装置では一般に、光源から放射される光束が光偏向器に導光され、光偏向器により偏向された偏向光束が走査結像光学系を介して被走査面に導光される。
【０００３】
光走査装置が用いられる光描画装置等の画像形成装置では、光走査により形成される潜像を現像したり転写したりする画像形成プロセスに応じ、感光媒体や現像装置、定着装置等の種々の部材や装置が上記プロセスに従って配置される必要があり、これらの部材や装置のレイアウトには制限が大きい。これに対して、光源から被走査面に至る光路はミラーにより容易に屈曲させることができるので、上記部材や装置のレイアウトには最大限の自由度を与えて配置を決定し、このように決定された「部材や装置の配置」に応じて光走査装置のレイアウトを設定することが一般に行われている。
【０００４】
このため、画像形成装置に組み込まれる光走査装置には、光源から被走査面に至る光路上に１以上の「光路屈曲用ミラー」が配置されるのが一般的である。
【０００５】
一方、上記光走査装置においては、被走査面上に「所望のサイズと形状をもった光スポット」を形成するため、光源側からの光束の周辺部分をアパーチュアにより遮光する「ビーム整形」が光偏向器よりも光源側において行われる。
【０００６】
ビーム整形を適正に行うためには、光源側からの光束の主光線がアパーチュアの開口部中心を通るようにしなければならないが、光源とアパーチュアとの間に光路屈曲用ミラーが１以上配置されている場合、光路屈曲用ミラーの「反射面の向き」が機械的な振動等の影響により経時的に変化しやすく、反射面の向きが変化すると、向きの変化角：Δθが微小であっても、反射光束の向きは２Δθだけ変化するので、アパーチュアへ向かう光束がアパーチュアに対して大きくずれやすい。
【０００７】
光路屈曲用ミラーの反射面の向きの、経時的な変化や環境的な変化で、光束とアパーチュアの位置関係が経時的にずれる場合、「ずれ」がある程度大きくなると、アパーチュアによる遮光が増大し、被走査面上に形成される光スポットの光強度が不足気味になり、適正な画像書き込みができなくなる。このような状態が出来したばあい、従来は「サービスマン等による調整という方法」で対処してきている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、光走査装置における「光路屈曲用ミラーの反射面の向きの経時的な変化による、光束とアパーチュアの位置関係のずれ」を有効に防止し、被走査面上に形成される光スポットの光強度を常に適正に保つことにより、適正な画像書き込みを可能ならしめることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の光走査装置は「１以上の光源から放射される光束を、変調手段により画像信号に応じて強度変調し、強度変調された光束を光偏向器により偏向させ、偏向された光束を走査結像光学系により被走査面上に集光させて光スポットを形成し、被走査面を等速的に光走査する光走査装置」であって、アパーチュアと、光路屈曲用ミラーと、リレーレンズとを有する。
【００１０】
「アパーチュア」は、変調手段により変調された光束の「ビーム整形」を「光偏向器による偏向以前」に行うためのものであり、光源から光偏向器に至る光路上に配置される。アパーチュアは、その開口部が１本の光束をビーム整形する場合のみならず、例えば、マルチビーム走査を行う光走査装置において、ＬＤアレイの複数の発光源（各発光源を１個の光源とする）から放射され、共通のカップリングレンズでカップリングされた複数の光束を同一のアパーチュアの同一開口部でビーム整形する場合もある。  
「光路屈曲用ミラー」は、１以上の光源から光偏向器に至る１以上の光路上に配置され、光束の光路を「光走査装置の光学的なレイアウトに従って屈曲させる」ものであり、１以上が用いられる。１個の光路屈曲用ミラーは単一の光束の光路を屈曲させる場合もあるし、複数の光束の光路を屈曲させる場合もある。
【００１１】
「リレーレンズ」は、１以上の光源側からの発散性の光束の「発散の起点」と、１以上の光路屈曲用ミラーの「反射点」と、アパーチュアとの間を、「幾何光学的に実質的な共役関係」とするものであり、２以上が用いられる。
【００１２】
即ち、光源が１個で、光源から放射される１本の光束の発散の起点とアパーチュアとの間に１個の光路屈曲用ミラーが配置されている場合であれば、上記発散の起点と光路屈曲用ミラーとの間に、両者を「幾何光学的に実質的な共役関係」とする１個のリレーレンズが配置され、光路屈曲用ミラーとアパーチュアとの間にこれらを「幾何光学的に実質的な共役関係」とする別のリレーレンズが配置される。このようにして２個のリレーレンズが配置されることになる。
【００１３】
請求項１記載の光走査装置における光源の１以上を「レーザ光源」とし、レーザ光源から放射されるレーザ光を、変調手段である「ＡＯ変調素子（音響光学素子）」の変調部に集光させ、ＡＯ変調素子により「画像信号に応じて強度変調」し、強度変調された各光束を「光源側からの発散性の光束」としてリレーレンズに入射させる構成とすることができる（請求項２）。
【００１４】
請求項１記載の光走査装置における光源の１以上を「半導体レーザ」とすることもできる（請求項３）。半導体レーザから放射される光束は発散性であるので、半導体レーザから放射される光束を「光源側からの発散性の光束」としてリレーレンズに入射させ、発散の起点である「発光源」の幾何光学的な像の結像位置を「実質的に光路屈曲用ミラー上に設定」し、光路屈曲用ミラーにより反射された光束を別のリレーレンズに入射させ、該リレーレンズにより「光路屈曲用ミラーの反射点」の幾何光学的な像の結像位置を「実質的にアパーチュアの開口部（の中心）に設定」することができる。
【００１５】
光源として半導体レーザを用いる場合の「変調手段」は、半導体レーザの発光強度を画像信号に従って強度変調する変調回路である。
【００１６】
上記請求項１〜３の任意の１に記載の光走査装置において、光源の数を複数とし、各光源の発光波長を互いに異ならせた構成とすることができる（請求項４）。この場合、光源の数を３とし、これら３個の光源が赤色、緑色、青色のレーザ光を放射するものとすることができる（請求項５）。この請求項５記載の光走査装置は「カラー印画紙を実態的な被走査面として光走査を行う装置」とすることができる（請求項６）。  
上記請求項１〜６の任意の１に記載の光走査装置において、光偏向器を回転多面鏡とし、走査結像光学系をｆθレンズとすることができる（請求項７）。
【００１７】
なお、請求項１や２あるいは請求項３記載の光走査装置は「光源の数が１である場合」を含むが、請求項４〜６記載の光走査装置にように、光源が複数ある場合、複数の光源を半導体レーザ、固体レーザやガスレーザ等、「異種の光源の組合せ」により構成することもできる。
【００１８】
上記「幾何光学的な共役関係」は厳密な共役関係である必要は無く、実質的に共役関係が成立すればよく、１以上の光源側からの発散性の光束の「発散の起点」の像が、アパーチュアの開口部中央の近傍に結像できるようにことができれば、厳密な共役関係から若干ずれていてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
上記のように、この発明の光走査装置では、光源側からの発散性の光束の発散の起点とアパーチュアとの間に１以上の光路屈曲用ミラーが配置されるが、光路上に設けられる２以上のリレーレンズが、上記「発散の起点」と１以上の光路屈曲用ミラーの反射点とアパーチュアとの間を「幾何光学的に実質的な共役関係」とするので、光路屈曲用ミラーの反射面の向きが経時的に変化しても、光源からの光束とアパーチュアの位置関係のずれが抑制される、被走査面上に形成される光スポットの光強度を常に適正に保つことができ、適正な画像書き込みが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図２に、光走査装置の実施の１形態における特徴部分を示す。  
この光走査装置は、１個の光源１から放射される光束を、変調手段により画像信号に応じて強度変調し、強度変調された光束を光偏向器により偏向させ、偏向された光束を走査結像光学系により被走査面上に集光させて光スポットを形成し、被走査面を等速的に光走査する光走査装置であり、光源１は「半導体レーザ」である。  
図２は「光源１とビーム整形用のアパーチュアＡＰとの間の光学配置」を、光路を直線的に展開した状態で示している。
【００２１】
光源１から放射された発散性の光束は「光源側からの発散性の光束」としてリレーレンズＬ１に入射し、集束光に変換されて光路屈曲用ミラー３に導光され、光路屈曲用ミラー３により反射されると、発散性の光束となってリレーレンズＬ２に入射し、再度集束光に変換されてアパーチュアＡＰに導光され、アパーチュアＡＰの開口部を通過して「ビーム整形」される。
【００２２】
光源側のリレーレンズＬ１は、光源１の発光源（発散光束の発散の起点）と光路屈曲用ミラー３の位置を「幾何光学的に実質的な共役関係」としている。従って、幾何光学的には半導体レーザ１の発光源のリレーレンズＬ１による像が、実質的に「光路屈曲用ミラー３の反射面上」に結像する。波動光学的には、図２に示しているように、リレーレンズＬ１による集束光は点として結像せず、上記反射点位置にビームウエストが形成される。
【００２３】
光路屈曲用ミラー３による反射光は上記「結像位置」を物点位置としてリレーレンズＬ２によりアパーチュアＡＰの開口部の中心に幾何光学的に「実質的に結像」する。この場合も、光束は開口部の中心位置を中心とするビームウエストを形成する。アパーチュアＡＰの開口幅は、図の如く、上記リレーレンズＬ２による「集光光束のビームウエスト径よりも小さく設定」されており、アパーチュアＡＰにより光束周辺部を遮光されてビーム整形される。
【００２４】
上記の如く、光源１である半導体レーザの発光源と光路屈曲用ミラー３とアパーチュアＡＰの三者が、２個のリレーレンズＬ１、Ｌ２により、幾何光学的に実質的な共役関係で結ばれているので、光路屈曲用ミラー３の反射面の向きが、経時的に、あるいは環境変化に伴って変化して「破線の如く」になっても、光路屈曲用ミラー３により反射された光は（主光線を破線で示すように）リレーレンズＬ２によりアパーチュアＡＰの開口部中心に導光され、光路屈曲用ミラー３の反射面の向きの変化にかかわらず、常に適正なビーム整形を行うことができ、被走査面上の光スポットの光強度を常に適正に保つことができる。
【００２５】
即ち、図２に示す実施の形態の光走査装置は、１個の光源１から放射される光束を、変調手段（図示されず）により画像信号に応じて強度変調し、強度変調された光束を光偏向器（図示されず）により偏向させ、偏向された光束を走査結像光学系（図示されず）により被走査面（図示されず）上に集光させて光スポットを形成し、被走査面を等速的に光走査する光走査装置において、強度変調された光束のビーム整形を光偏向器による偏向以前に行うアパーチュアＡＰと、光源１から光偏向器に至る光路上に配置される光路屈曲用ミラー３と、光源１側からの発散性の光束の発散の起点と、光路屈曲用ミラー３の反射点と、アパーチュアとの間を、幾何光学的に実質的な共役関係とする２個のリレーレンズＬ１、Ｌ２とを有し（請求項１）、光源１が半導体レーザである（請求項３）。
【００２６】
図１は、光走査装置の実施の１形態を示している。  
図１の光走査装置は、カラー印画紙１１に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３光束により光走査を行ってカラー画像書込みを行う装置である。
【００２７】
符号１Ｒ、１Ｇ、１Ｂで示す「光源」はそれぞれレーザ光源である。光源１Ｒは波長：６９０ｎｍの赤色レーザ光束を放射する。光源１Ｇは波長：５３２ｎｍの緑色レーザ光束を放射し、光源１Ｂは波長：４７３ｎｍの青色レーザ光束を放射する。レーザ光源１Ｇ、１Ｂから放射されるレーザ光束は所謂「高調波成分」である。
【００２８】
光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂから放射される各色レーザ光束は、それぞれ対応する変調手段２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを透過し、画像信号に応じて変調される。  
変調手段２Ｒ、２Ｇ、２Ｂは「ＡＯ変調素子（音響光学素子）」であり、光走査に供せられるのは「画像信号に応じて回折された光束（変調された光束）」である。
【００２９】
光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂから放射された各色レーザ光束は、光源に含まれる集光レンズの作用により、各光源に対応する変調手段２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの変調部に向かって、光束径：０．１ｍｍ程度に集光される。
【００３０】
変調手段２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを通過した「変調された光束」は「光源側からの発散性の光束」となってリレーレンズＬ１Ｒ、Ｌ１Ｇ、Ｌ１Ｂに入射して集束光束に変換され、光路屈曲用ミラー３Ｒ、３Ｇ、３Ｂに入射して反射され、リレーレンズＬ２Ｒ、Ｌ２Ｇ、Ｌ２Ｂを透過し、アパーチュアＡＰＲ、ＡＰＧ、ＡＰＢの開口部を通過して「ビーム整形」され、コリメートレンズ４Ｒ、４Ｇ、４Ｂにより「所定の光束径（アパーチュアＡＰ１〜ＡＰ３の開口幅とコリメートレンズ４Ｒ〜４ＢのＮＡにより定まる）の平行光束」に変換される。
【００３１】
これら平行光束は、シリンドリカルレンズ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂにより副走査方向へ集光され、ダイクロイック膜を有する光路合成素子６により「１本の光束」に合成され、光偏向器としての回転多面鏡７の偏向反射面に入射する。
【００３２】
回転多面鏡７が等速回転すると、上記「合成された光束」は等角速度的に偏向しつつ、走査結像光学系である「ｆθレンズ」を構成するレンズ８、９、１０を透過し、被走査面の実体をなすカラー印画紙１１上に光スポットを形成し、カラー印画紙１１を等速的に光走査して光書込みを行う。被走査面の実体をなすカラー印画紙１１は、図面に直交する副走査方向へ等速で搬送され、この搬送に伴い、主走査が副走査方向に繰返されて２次元的なカラー画像が書込まれていく。
【００３３】
回転多面鏡７により偏向された各色レーザ光束は、レンズ８、９、１０により結像されるが、光走査開始位置へ向かう光束は、レンズ８、９を透過した時点でミラー１２により反射されて光検出器１３に入射して検出される。光検出器１３の検出信号に基づいて、光スポットによる「光書込み開始の同期」がとられ、光書込み開始位置が揃えられる。
【００３４】
図１に示すように、変調手段２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの変調部に集光された０．１ｍｍ程度の光束径部分の個々は「光源側からの発散性の光束」の発散の起点であるが、これら発散の起点と光路屈曲用ミラー３Ｒ、３Ｇ、３Ｂとは、リレーレンズＬ１Ｒ、Ｌ１Ｇ、Ｌ１Ｂによりそれぞれ実質的に幾何光学的な共役関係とされ、光路屈曲用ミラー３Ｒ、３Ｇ、３ＢとアパーチュアＡＰＲ、ＡＰＧ、ＡＰＢとの間はリレーレンズＬ２Ｒ、Ｌ２Ｇ、Ｌ２Ｂによりそれぞれ「幾何光学的に実質的な共役関係」とされている。
【００３５】
従って、光路屈曲用ミラー３Ｒ、３Ｇ、３Ｂの反射面の向きが経時的に変化しても、アパーチュアＡＰＲ、ＡＰＧ、ＡＰＢによるビーム整形は適正に行われ、被走査面１１上の各光スポットの光強度は常に適正に保たれ、適正な光走査が実現される。
【００３６】
図１に実施の形態を示した光走査装置は、１以上の光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂから放射される光束を、変調手段２Ｒ，２Ｇ，２Ｂにより画像信号に応じて強度変調し、強度変調された光束を光偏向器７により偏向させ、偏向された光束を走査結像光学系８、９、１０により被走査面１１上に集光させて光スポットを形成し、被走査面１１を等速的に光走査する光走査装置において、強度変調された光束のビーム整形を光偏向器７による偏向以前に行うアパーチュアＡＰＲ、ＡＰＧ、ＡＰＢと、１以上の光源から光偏向器７に至る１以上の光路上に配置される１以上の光路屈曲用ミラーＬ１Ｒ、Ｌ１Ｇ、Ｌ１Ｂと、１以上の光源側からの発散性の光束の発散の起点と、１以上の光路屈曲用ミラーの反射点と、アパーチュアとの間を、幾何光学的に実質的な共役関係とする２以上のリレーレンズＬ１Ｒ、Ｌ１Ｇ、Ｌ１Ｂ、Ｌ２Ｒ、Ｌ２Ｇ、Ｌ２Ｂとを有する光走査装置（請求項１）である。
【００３７】
また、光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂがレーザ光源で、レーザ光源から放射されるレーザ光をＡＯ変調素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの変調部に集光して画像信号に応じて強度変調し、強度変調された各光束を光源側からの発散性の光束としてリレーレンズＬ１Ｒ、Ｌ１Ｇ、Ｌ１Ｂに入射させる（請求項２）。
【００３８】
光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂの数は複数で、互いに発光波長が異なり（請求項４）、光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂの数が３で、これら３個の光源が赤色、緑色、青色のレーザ光を放射するものであり（請求項５）、カラー印画紙を実態的な被走査面１１として光走査を行う光走査装置（請求項６）であって、光偏向器７が回転多面鏡で、走査結像光学系８、９、１０がｆθレンズである（請求項７）。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】光走査装置の実施の１形態を示す図である。
【図２】光走査装置の実施の別形態を特徴部分のみ示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ      光源（レーザ光源）
２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ      変調手段（ＡＯ変調素子）
Ｌ１Ｒ、Ｌ１Ｇ、Ｌ１Ｂ      リレーレンズ
３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ      光路屈曲用ミラー
Ｌ１Ｒ、Ｌ１Ｇ、Ｌ１Ｂ      リレーレンズ
ＡＰＲ、ＡＰＧ、ＡＰＢ      アパーチュア
【図１】
2005134557.tif 000003
【図２】
2005134557.tif 000004