JP2009092943A - Optical scanning device and image forming device - Google Patents
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Abstract
【課題】光源数を半減することができ、光路切り換えを高速且つ高精度に行え、さらにゴーストの発生を抑制できる光走査装置を提供する。
【解決手段】光源1からの光ビームの光路を切り換えながら該光ビームを異なるタイミングで偏向することにより、複数の異なる被走査面12K、12Mを走査する光走査装置において、光路切り換え手段が、電気光学効果を有する偏光切り換え素子2(PLZT)と、偏光分離素子としてのからなる偏向プリズム4から構成されている。位相差がついた2段ポリゴンミラー7の上段7aからの反射光が走査光学系をへて感光体12Kに書き込み中は、下段7bのポリゴンミラー面の反射光は遮光板14にあたり感光体にゴースト像をつくることはない。
【選択図】図1An optical scanning device capable of halving the number of light sources, switching optical paths at high speed and with high accuracy, and further suppressing the occurrence of ghosts.
In an optical scanning device that scans a plurality of different scanned surfaces 12K and 12M by deflecting the light beam at different timings while switching the optical path of the light beam from the light source 1, the optical path switching means includes an electrical path switching means. It comprises a polarization switching element 2 (PLZT) having an optical effect and a deflection prism 4 comprising a polarization separation element. While the reflected light from the upper stage 7a of the two-stage polygon mirror 7 with the phase difference is being written to the photosensitive member 12K through the scanning optical system, the reflected light from the polygon mirror surface of the lower stage 7b hits the light shielding plate 14 and is ghosted on the photosensitive body. I don't make a statue.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、光走査装置、該光走査装置を有するプリンタ、ファクシミリ、プロッタ、MFP、これらのうち少なくとも1つを備えた複合機等の画像形成装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning apparatus, a printer having the optical scanning apparatus, a facsimile machine, a plotter, an MFP, and an image forming apparatus such as a multi-function machine including at least one of them.
特許文献1には、偏光方向変更手段(PLZT素子4)で走査ごとに光源からの出射光の偏光面を切り換え、光路切り換え手段(PBS9)で光路を振り分ける多ビーム走査装置が開示されている。
一つのレーザ光の偏光状態をスイッチングし、偏光状態に応じて2つの光路のどちらかに分離するもので、その実施例ではPBSは感光体手前のミラー直前に配置されている。この方式によれば光源数を半減することができる。
しかしながら、PBSの偏光分離面への入射ビームはポリゴンミラーによる偏向角によっては、p偏光とs偏光が混じるため、一方の感光体に書き込み中にもう一方の感光体に光漏れが生じる。
特許文献2には、特許文献1の不具合(1走査中内で、PBSに対する入射角に応じて偏光座標系が変化して分離比が変わること)を解決するために、ビームスプリッタ等で構成される分光手段へ入射するレーザビームを、その入射角度に応じて旋光制御する光走査装置が開示されている。
Patent Document 1 discloses a multi-beam scanning device that switches a polarization plane of light emitted from a light source for each scanning by a polarization direction changing unit (PLZT element 4) and distributes an optical path by an optical path switching unit (PBS9).
The polarization state of one laser beam is switched and separated into one of two optical paths according to the polarization state. In this embodiment, the PBS is disposed immediately before the mirror in front of the photoreceptor. According to this method, the number of light sources can be halved.
However, since the incident beam on the polarization separation surface of the PBS is mixed with p-polarized light and s-polarized light depending on the deflection angle by the polygon mirror, light leakage occurs on the other photoconductor during writing on one photoconductor.
特許文献2記載の発明では、旋光制御手段によってPBSの偏光分離面での入射面に対してビームの偏光面を水平もしくは垂直に補正をかけるものである。
このためには、1走査期間中に旋光制御手段により高速かつ厳密に偏光面の制御をする必要がある。
しかしながら、レーザ光の波長変動など外乱に対しては旋光制御手段の厳密な制御が極めて困難であり、光路切り換えを高速且つ高精度に行う観点から問題があった。
また、一走査期間中はPBSに対してp偏光のみ、もしくはs偏光のみを照射する必要があり、両成分が混じるとゴーストが生じる欠点を有する。
本発明者らは、特願2007−148365号にて、例えば強誘電性液晶による偏光スイッチング素子にて光路を切り換える光走査装置を提案したが、スイッチング速度は10μ秒が限界であり、さらなる高速化に対応できなかった。
In the invention described in
For this purpose, it is necessary to control the polarization plane at high speed and strictly by the optical rotation control means during one scanning period.
However, strict control of the optical rotation control means is extremely difficult for disturbances such as wavelength fluctuations of laser light, and there is a problem from the viewpoint of performing optical path switching at high speed and with high accuracy.
Further, during one scanning period, it is necessary to irradiate PBS only with p-polarized light or s-polarized light. When both components are mixed, a ghost is generated.
In the Japanese Patent Application No. 2007-148365, the present inventors have proposed an optical scanning device that switches an optical path by a polarization switching element made of, for example, a ferroelectric liquid crystal. It was not possible to cope with.
本発明は、光源数を半減することができ、光路切り換えを高速且つ高精度に行える光走査装置、該光走査装置を有する画像形成装置の提供を、その目的とする。
また、本発明は、さらにゴーストの発生を抑制できる光走査装置、該光走査装置を有する画像形成装置の提供を、その目的とする。
An object of the present invention is to provide an optical scanning device that can halve the number of light sources and perform optical path switching at high speed and high accuracy, and an image forming apparatus having the optical scanning device.
Another object of the present invention is to provide an optical scanning device that can further suppress the occurrence of ghosts and an image forming apparatus having the optical scanning device.
本発明は、さらなる高速化を図るために、電気光学効果を有する偏光切り換え素子を用いることとした。
また、多段ポリゴンミラーを使用する方式では一方の感光体に書き込んでいるときには、もう一方に光漏れが生じたとしても遮光板でカットされゴーストは原理的に生じない。本発明ではこの方式を利用してゴースト発生を抑制することとした。
In the present invention, in order to further increase the speed, a polarization switching element having an electro-optic effect is used.
In the system using a multi-stage polygon mirror, when writing on one photoconductor, even if light leakage occurs on the other, it is cut by a light shielding plate and no ghost is generated in principle. In the present invention, this method is used to suppress ghost generation.
具体的には、請求項1記載の発明では、光源と、光路切り換え手段と、光ビームを偏向する偏向手段と、該偏向手段によって偏向された光ビームを被走査面上に結像する走査光学系とを有し、前記光源からの光ビームの光路を切り換えながら該光ビームを異なるタイミングで偏向することにより、複数の異なる被走査面を走査する光走査装置において、前記光路切り換え手段が、電気光学効果を有する偏光切り換え素子と、偏光分離素子からなることを特徴とする。 Specifically, in the first aspect of the invention, the light source, the optical path switching means, the deflecting means for deflecting the light beam, and the scanning optics for forming an image of the light beam deflected by the deflecting means on the surface to be scanned. In the optical scanning device that scans a plurality of different scanning surfaces by switching the optical path of the light beam from the light source at different timings while switching the optical path of the light beam from the light source, the optical path switching means It comprises a polarization switching element having an optical effect and a polarization separation element.
請求項2記載の発明では、請求項1記載の光走査装置において、前記光路切り換え手段から前記偏向手段までの間にλ/2板又はλ/4板が配置されていることを特徴とする。
ここではさらに、各光路での光利用効率をそろえることを目的とする。
請求項3記載の発明では、請求項1又は2記載の光走査装置において、前記偏向手段が、共通の回転軸を有し且つ副走査方向に2段の構成を有する多面反射鏡であることを特徴とする。
ここではさらに、ゴーストの発生を防止することを目的とする。ここで、「2段の構成」とは、別部材の反射鏡を重ねた構成だけでなく、1つの反射鏡が2段の反射面(反射領域)を有する構成を含む意味である。
According to a second aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the first aspect, a λ / 2 plate or a λ / 4 plate is disposed between the optical path switching means and the deflection means.
Here, it aims at aligning the light use efficiency in each optical path.
According to a third aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the first or second aspect, the deflecting means is a multi-surface reflecting mirror having a common rotation axis and a two-stage configuration in the sub-scanning direction. Features.
Here, it aims at preventing generation | occurrence | production of a ghost further. Here, the “two-stage configuration” means not only a configuration in which reflecting mirrors of different members are stacked, but also a configuration in which one reflecting mirror has a two-stage reflecting surface (reflection area).
請求項4記載の発明では、請求項3記載の光走査装置において、前記多面反射鏡の各段が位相差を有していることを特徴とする。
ここではさらに、ゴーストの発生を厳密に抑えることを目的とする。
請求項5記載の発明では、請求項1〜4のいずれか1つに記載の光走査装置において、前記偏光切り換え素子と前記偏光分離素子との間にコリメートレンズを配置したことを特徴とする。
ここではさらに、偏光切り換え素子の低電圧駆動を目的とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the third aspect, each stage of the polyhedral reflecting mirror has a phase difference.
Here, it aims at suppressing generation | occurrence | production of a ghost strictly.
According to a fifth aspect of the present invention, in the optical scanning device according to any one of the first to fourth aspects, a collimating lens is disposed between the polarization switching element and the polarization separation element.
Further, the purpose is to drive the polarization switching element at a low voltage.
請求項6記載の発明では、請求項1〜4のいずれか1つに記載の光走査装置において、前記光源と前記偏光切り換え素子との間にコリメートレンズを配置したことを特徴とする。
ここではさらに、偏光切り換え素子のビーム内の偏光制御の均一化を目的とする。
請求項7記載の発明では、請求項6記載の光走査装置において、前記コリメートレンズと前記偏光切り換え素子との間に矩形アパーチャを配置したことを特徴とする。
ここではさらに、偏光切り換え素子の低電圧駆動と、設置しやすさを目的とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the optical scanning device according to any one of the first to fourth aspects, a collimator lens is disposed between the light source and the polarization switching element.
Further, the purpose is to make the polarization control in the beam of the polarization switching element uniform.
According to a seventh aspect of the invention, in the optical scanning device according to the sixth aspect, a rectangular aperture is disposed between the collimating lens and the polarization switching element.
Further, the purpose is to drive the polarization switching element at a low voltage and to facilitate installation.
請求項8記載の発明では、請求項1〜7のいずれか1つに記載の光走査装置において、前記光源がアレイ光源であって、前記偏光切り換え素子は、光の進行方向に順に、λ/2板と、カー効果を有する光学材料からなる光変調器と、λ/2板とを有していることを特徴とする。
ここではさらに、低電圧駆動に適した構成の提供を目的とする。
請求項9記載の発明では、請求項1〜7のいずれか1つに記載の光走査装置において、前記光源がアレイ光源であって、前記偏光切り換え素子は、光の進行方向に順に、λ/2板と、ポッケルス効果を有する光学材料からなる光変調器と、λ/4板と、λ/2板とを有していることを特徴とする。
ここではさらに、自然複屈折を有する光変調器に対応することを目的とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the optical scanning device according to any one of the first to seventh aspects, the light source is an array light source, and the polarization switching element is λ / It has two plates, an optical modulator made of an optical material having a Kerr effect, and a λ / 2 plate.
It is another object of the present invention to provide a configuration suitable for low voltage driving.
According to a ninth aspect of the present invention, in the optical scanning device according to any one of the first to seventh aspects, the light source is an array light source, and the polarization switching element is λ / It has two plates, an optical modulator made of an optical material having a Pockels effect, a λ / 4 plate, and a λ / 2 plate.
The present invention further aims to cope with an optical modulator having natural birefringence.
請求項10記載の発明では、請求項1〜9のいずれか1つに記載の光走査装置において、前記光源が2次元アレイで、前記偏光切り換え素子が1次元アレイであることを特徴とする。
ここではさらに、2次元アレイ光源の場合の低電圧駆動を目的とする。
請求項11記載の発明では、請求項10記載の光走査装置において、前記偏光切り換え素子の電極が、隣接するアレイ電極と共通化されていることを特徴とする。
ここではさらに、配線の簡略化を図ることを目的とする。
請求項12記載の発明では、画像形成装置において、請求項1〜11のいずれか1つに記載の光走査装置を有することを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in the optical scanning device according to any one of the first to ninth aspects, the light source is a two-dimensional array, and the polarization switching element is a one-dimensional array.
Here, it aims at the low voltage drive in the case of a two-dimensional array light source.
According to an eleventh aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the tenth aspect, an electrode of the polarization switching element is shared with an adjacent array electrode.
The purpose here is further to simplify the wiring.
According to a twelfth aspect of the present invention, an image forming apparatus includes the optical scanning device according to any one of the first to eleventh aspects.
本発明によれば、光源数を半減することができ、電気光学効果を有する光学材料による光変調器を用いることで高速にビームをスイッチングし光利用効率を向上できる。
ポリゴンミラーへの入射光のp偏光成分とs偏光成分の大きさを揃えることによって上段、下段のポリゴンミラーでの光利用効率を同じにでき、表示品質の向上を図ることができる。
2段ポリゴンミラーを利用する光走査装置で高速化に対応でき、および、位相差を有する2段ポリゴンミラーによってゴーストを厳密に抑えることができる。
偏光切り換え素子の低電圧駆動が可能となる。
ポリゴンミラーの上段と下段のビームの光利用効率をそろえることができ、表示品質の向上を図ることができる。
偏光切り換え素子の低電圧駆動と、設置しやすさが可能となる。
さらに高速化が可能な光学材料で自然複屈折による動作を改善することができる。
2段ポリゴンミラーを利用する光走査装置で高速化に対応すること、および、2次元アレイ光源の場合の低電圧駆動が可能となる。
配線の簡略化を図ることができる。
According to the present invention, the number of light sources can be halved, and by using an optical modulator made of an optical material having an electro-optic effect, it is possible to switch the beam at high speed and improve the light utilization efficiency.
By aligning the magnitudes of the p-polarized component and the s-polarized component of the incident light to the polygon mirror, the light use efficiency in the upper and lower polygon mirrors can be made the same, and the display quality can be improved.
An optical scanning device using a two-stage polygon mirror can cope with a high speed, and a ghost can be strictly suppressed by a two-stage polygon mirror having a phase difference.
The polarization switching element can be driven at a low voltage.
The light use efficiency of the upper and lower polygon mirrors can be made uniform, and the display quality can be improved.
The polarization switching element can be driven at a low voltage and can be easily installed.
Further, the operation by natural birefringence can be improved with an optical material capable of increasing the speed.
The optical scanning device using the two-stage polygon mirror can cope with the high speed and can be driven at a low voltage in the case of a two-dimensional array light source.
Wiring can be simplified.
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図1乃至図3に基づいて第1の実施形態を説明する。図1は本実施形態に係る光走査装置30の構成の概要を説明するための斜視図である。
同図において符号1は光源、2は電気光学効果を有する偏光切り換え素子としての光変調器、3はコリメートレンズ、4は偏光分離素子としての偏向プリズム、5a、5bはシリンドリカルレンズ、6は防音ガラス、7は偏向手段としての2段ポリゴンミラー、8a、8bは第1走査レンズ(fθレンズ)、9はミラー、10は第2走査レンズ、12K、12Mは被走査面としての感光体(像担持体)、14は遮光板をそれぞれ示している。
第1走査レンズ8、ミラー9、第2走査レンズ10は走査光学系を構成する。
光変調器2と偏向プリズム4は本実施形態における光路切り換え手段を構成する。
なお、図1では2つの感光体12K、12Mに対応する構成のみ示しているが、実際には偏向手段7を挟んで、図示された光学系と同様の光学系を配備することにより、4つの感光体を走査するようになっている。
図2は光源1から2段ポリゴンミラー7までの側面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view for explaining an outline of a configuration of an
In the figure, reference numeral 1 is a light source, 2 is an optical modulator as a polarization switching element having an electro-optic effect, 3 is a collimating lens, 4 is a deflection prism as a polarization separation element, 5a and 5b are cylindrical lenses, and 6 is a soundproof glass. , 7 is a two-stage polygon mirror as a deflecting means, 8a and 8b are first scanning lenses (fθ lenses), 9 is a mirror, 10 is a second scanning lens, and 12K and 12M are photoconductors (image carriers). Body) and 14 respectively indicate light shielding plates.
The first scanning lens 8, the mirror 9, and the
The
In FIG. 1, only the configuration corresponding to the two
FIG. 2 is a side view from the light source 1 to the two-
光源1は半導体レーザで、コリメートレンズ3までの発散光路中に光変調器2が配置されている。光変調器2の詳細は図3を用いて詳細に説明する。
光変調器2は印加電圧によって出射光の偏光を図1の縦方向、または水平方向にスイッチングさせる。偏向プリズム4はPBS(偏光ビームスプリッタ)と全反射プリズム(またはミラー)からなり、縦偏光(p偏光)が入射されるとPBSで透過し、上段のシリンドリカルレンズ5aを介して2段ポリゴンミラー7の上段7aに集光される。
光変調器2で水平方向(s偏光)に変調された光はPBSで反射し、全反射ミラーで偏向され下段のシリンドリカルレンズ5bを介して下段のポリゴンミラー7bに集光される。
2段ポリゴンミラー7は位相差がついた2つのポリゴンミラー7a、7bで構成されており、上段7aからの反射光が走査光学系をへて感光体12Kに書き込み中は、下段7bのポリゴンミラー面の反射光は遮光板14にあたる。後述の光変調器2のスイッチング動作のため、2段ポリゴンミラー7の上段、または、下段にビームが時間ごとに振り分けられるが、レーザ光の波長変動など外乱に対して他方への漏れ光が生じたとしても遮光板14でカットされるため、感光体にゴースト像をつくることはない。
The light source 1 is a semiconductor laser, and an
The
The light modulated in the horizontal direction (s-polarized light) by the
The two-
図3は本実施形態に用いる光変調器2を説明するための図である。レーザ光源1からの出射光は図の縦方向に振動する直線偏光とする。発散光路中に直方体形状のPLZT(ランタン置換チタン酸ジルコン酸鉛)をレーザ光軸に対して45°回転させ配置される。以下、光変調器2をPLZTともいう。
PLZTの対向する二つの面には電極が設置される。電源15からの電圧信号を電極に印加し、変調速度によっては電圧信号の反射が起こるため、伝送インピーダンスと同じ抵抗Rを並列に接続しておく。入射偏光に対して電圧印加方向を45°傾くように配置させる。
ただし光源からの偏光面が縦方向から45°傾いている場合はPLZTの設置角は0°で良い。
レーザ光源1とPLZTとの間隔を1mmとして、レーザ光の広がり角を10°とすると、PLZTの光が伝搬する方向の長さ1mmの場合、出射端面でビームは0.4mm程度に広がる。ただし、PLZTの屈折率を2.5とする。PLZTの厚さが0.5mmだとレーザ光はPLZTの側面でけられない。
FIG. 3 is a diagram for explaining the
Electrodes are installed on two opposing surfaces of the PLZT. Since a voltage signal from the
However, when the polarization plane from the light source is inclined 45 ° from the vertical direction, the installation angle of PLZT may be 0 °.
Assuming that the distance between the laser light source 1 and PLZT is 1 mm and the spread angle of the laser light is 10 °, the beam spreads to about 0.4 mm at the emission end face when the length of the PLZT light propagates is 1 mm. However, the refractive index of PLZT is 2.5. When the PLZT thickness is 0.5 mm, the laser beam cannot be emitted from the side surface of the PLZT.
レーザ波長を780nm、PLZTのカー定数10^(−16)[m2/V2]とすると、入射光の偏光状態を水平方向に変換するのに要する電圧、いわゆる半波長電圧は、
V=0.5mm×√(780nm/2.5^3/8×10^(−16)/1[mm])=125[V]
が必要となる。縦偏光のままにするには印加電圧を0にすればよい。このPLZTサイズの変調帯域の上限を見積もる。電極の静電容量Cと並列抵抗Rから変調帯域は
C=εS/d=5000×8.854×10^(−12)×1[mm]×0.5[mm]/0.5[mm]=44[pF]
(εは比誘電率と真空中の誘電率の積、Sは片面の電極の面積、dはPLZTの厚さ)
R=50[Ω]
f=1/π/C/R≒140MHz
と高速変調が可能である。
Assuming that the laser wavelength is 780 nm and the PLZT Kerr constant is 10 ^ (-16) [m 2 / V 2 ], the voltage required to convert the polarization state of incident light in the horizontal direction, so-called half-wave voltage, is
V = 0.5 mm × √ (780 nm / 2.5 ^ 3/8 × 10 ^ (− 16) / 1 [mm]) = 125 [V]
Is required. In order to maintain the longitudinal polarization, the applied voltage may be set to zero. The upper limit of the PLZT size modulation band is estimated. From the capacitance C of the electrode and the parallel resistance R, the modulation band is C = εS / d = 5000 × 8.854 × 10 ^ (− 12) × 1 [mm] × 0.5 [mm] /0.5 [mm] ] = 44 [pF]
(Ε is the product of relative permittivity and permittivity in vacuum, S is the area of the electrode on one side, and d is the thickness of PLZT)
R = 50 [Ω]
f = 1 / π / C / R≈140 MHz
High-speed modulation is possible.
光変調器2にポッケルス効果を有する電気光学結晶、例えば、LiNbO3(ニオブ酸リチウム)を用いる場合には、印加電圧0Vのときにも複屈折がある。いわゆる自然複屈折があるため、LiNbO3結晶とコリメートレンズ3の間にλ/4板を配置し、回転調整することによってV=0で出射偏光は入射偏光と同じ偏光で出射される。
λ/4板の調整後にVπの電圧を印加すると90°直交した偏光が出力される。自然複屈折があってもλ/4板を使わない方法としては、偏光が変わらない印加電圧V1と、偏光を変えるときにはV1+Vπ(Vπは半波長電圧)を印加する方法がある。
また、LiNbO3を使用すると、電極の静電容量は比誘電率27程度なので、C=0.24[pF]となり、計算上、変調帯域は26GHzとPLZTよりも高速にスイッチングが可能になる。
When an electro-optic crystal having a Pockels effect, for example, LiNbO 3 (lithium niobate) is used for the
When a voltage of Vπ is applied after adjusting the λ / 4 plate, polarized light that is orthogonal to 90 ° is output. As a method of not using the λ / 4 plate even if there is natural birefringence, there are a method of applying an applied voltage V1 that does not change the polarization, and a method of applying V1 + Vπ (Vπ is a half-wave voltage) when changing the polarization.
Further, when LiNbO 3 is used, the capacitance of the electrode is about 27 in terms of relative permittivity, so C = 0.24 [pF], and the modulation band can be switched faster than 26 GHz and PLZT in calculation.
一つの光源に対して感光体が2個対応し、所定の時間ごとに(シーケンシャルに)光路を切り分ける従来技術として、特許文献1、2、3記載の技術がある。
しかし、これらの従来例では偏光切り換え素子(または、旋光制御手段、光サーキュレータ)で偏光を切り換えたときの偏光度が高くないと画像にゴーストが発生する。
例えば、外乱などの要因で光変調器の動作点がずれ、縦偏光と横偏光の強度比が20:1になったとすると、その走査期間中は縦偏光による感光体への正常な書き込みに加えて、1/20の強度でもう一方の感光体に不要な画像がゴーストとして書き込まれてしまう。
本実施形態では、どのような強度比であっても、位相差付きの2段ポリゴンミラー7を用いており、不要光は感光体から外れた場所(図1の遮蔽板14)にあるため、原理的にゴーストを発生させない。
As prior arts in which two photoconductors correspond to one light source and the optical path is divided at a predetermined time (sequentially), there are technologies described in
However, in these conventional examples, a ghost is generated in an image unless the degree of polarization is high when the polarization is switched by the polarization switching element (or optical rotation control means, optical circulator).
For example, if the operating point of the optical modulator is shifted due to a disturbance or the like, and the intensity ratio of longitudinally polarized light and transversely polarized light becomes 20: 1, in addition to normal writing on the photosensitive member by longitudinally polarized light during the scanning period. Thus, an unnecessary image is written as a ghost on the other photoconductor with an intensity of 1/20.
In the present embodiment, the two-
図4に基づいて第2の実施形態を説明する。
なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する(以下、の他の実施形態において同じ)。
光源1からの広がり角が大きい場合には、光変調器2が発散光路中に配置されると光利用効率の低下が発生する。例えば、光軸からの広がりが30°(全角で60°)を想定する。
光学結晶LiNbO3の長さ10mm、厚さ1.5mmとする。電圧0と420Vでの光学結晶中のx方向屈折率nx、z方向屈折率nz、および、0°入射と30°入射による自然複屈折と420V時の変調量を計算し、両リタデーションを比較した。その結果を表1に示す。
A second embodiment will be described with reference to FIG.
In addition, the same part as the said embodiment is shown with the same code | symbol, The description on the structure and function which were already demonstrated is abbreviate | omitted as long as there is no special need, and only the principal part is demonstrated (it is the same also in other embodiment below).
When the divergence angle from the light source 1 is large, if the
The optical crystal LiNbO 3 has a length of 10 mm and a thickness of 1.5 mm. The x-direction refractive index nx and z-direction refractive index nz in the optical crystal at voltages of 0 and 420 V, the natural birefringence due to 0 ° incidence and 30 ° incidence, and the modulation amount at 420 V were calculated, and both retardations were compared. . The results are shown in Table 1.
垂直入射ではπ(すなわち垂直偏光を100%水平方向に変換する)のリタデーションが得られるが、30°入射では0.92π、変換されるのは98%となる。
したがって、入射角が大きいほど変換ロスが生じる。図3の構成の場合には上段のビームと下段ビームで差が生じることを意味する。
そこで、本実施形態では、光源1から順に、コリメートレンズ3、光変調器2、λ/4板、偏光分離素子4と配置させる。
この構成によって光変調器2には平行ビームを入射することができ、上段と下段ビームの光量変動を抑えることができる。なお、光変調器2にカー効果の光学材料を用いたときにはλ/4板は不要である。
さらに、ポリゴンミラー上のビーム形状を所望の値にするためにコリメートレンズ3とシリンドリカルレンズ5との間に図示しない矩形アパーチャを配置する走査光学系が使われる。
例えば特許文献4に開示のカップリングレンズ(本明細書ではコリメートレンズと記載)の後に矩形アパーチャを配置する走査光学系である。本実施形態の場合には矩形アパーチャの後に光変調器2を配置すると所定の形状にカットされたコリメート光を光変調器2に入射できるため、ビーム形状に合わせて厚さ方向を薄くでき、かつ、組み付けが容易になる。
At normal incidence, a retardation of π (that is, the vertical polarization is converted to 100% in the horizontal direction) is obtained, but at 30 ° incidence, the retardation is 0.92π, and the conversion is 98%.
Therefore, conversion loss occurs as the incident angle increases. In the case of the configuration of FIG. 3, it means that a difference occurs between the upper beam and the lower beam.
Therefore, in this embodiment, the
With this configuration, a parallel beam can be incident on the
Further, a scanning optical system is used in which a rectangular aperture (not shown) is arranged between the
For example, a scanning optical system in which a rectangular aperture is arranged after a coupling lens disclosed in Patent Document 4 (described as a collimating lens in this specification). In the case of the present embodiment, when the
図5乃至図9に基づいて第3の実施形態を説明する。
2次元に配列されたアレイ光源16と、光変調器2'と、コリメートレンズ3、偏光分離素子4と、その後は1対のシリンドリカルレンズ5、位相差を有する2段ポリゴンミラー7、走査光学系で構成される。
光変調器2'と偏向プリズム4は本実施形態における光路切り換え手段を構成する。
光変調器2'はアレイ光源16側から第一のλ/2板17、PLZT、第二のλ/2板18からなる。PLZTの二つの面には電極が成膜され電源15と接続され、インピーダンス整合用の並列抵抗Rも接続される。
図6は光変調器部分の動作を説明するための図である。アレイ光源16は4×4の光源数とする。各光源は主走査方向(図の破線)に対してθの配列角で配置され、副走査方向には角度差無しで配列される(図6(a))。
PLZTは図7に示すような溝加工が施され、各溝の側面に電極15が設置される。この凹凸の方向はアレイ光源16の配列角θに合わせる。このため、図7で印加された電圧によってPLZT内に発生する電界Eの方向は副走査方向からθ傾いている。
A third embodiment will be described with reference to FIGS.
A two-dimensional array
The
The
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the optical modulator portion. The array
PLZT is grooved as shown in FIG. 7, and an
光源の偏光方向は図6(a)に示すように、副走査方向、もしくは、主走査方向であるため、遅相軸を(θ+45°)/2または(θ−45°)/2とした第一のλ/2板17で副走査方向からθ+45°(またはθ−45°)の振動面に変換させる。
PLZTに電圧を印加しないときには、図8に示すように、PLZT2bを出射した光の偏光はそのまま副走査方向からθ+45°(またはθ−45°)である。これが第二のλ/2板18の遅相軸を副走査方向から(θ+45°)/2と(または(θ−45°)/2と)することで偏光面は副走査方向に変換される。
一方、PLZTに切り換え用の電圧(いわゆる半波長電圧)が印加されたときは、図9に示すように、PLZT出射後の偏光はθ+135°(またはθ−135°)となる。第二のλ/2板18によって副走査方向から−90°(または90°)に変換される。
したがって、電圧0で偏光分離素子4を介して上段のポリゴンミラー7aに、半波長電圧印加で下段ポリゴンミラー7bに切り換えられる。
本実施形態ではアレイ光源16の角偏光方向とアレイ方向が平行でも垂直でもない場合でも、偏光分離素子(PBS+ミラー)4で効率良く、上段と下段にビームをスイッチングすることができる。
As shown in FIG. 6A, since the polarization direction of the light source is the sub-scanning direction or the main scanning direction, the slow axis is set to (θ + 45 °) / 2 or (θ-45 °) / 2. One λ / 2
When no voltage is applied to PLZT, as shown in FIG. 8, the polarization of the light emitted from PLZT 2b is θ + 45 ° (or θ−45 °) as it is from the sub-scanning direction. By changing the slow axis of the second λ / 2
On the other hand, when a switching voltage (so-called half-wave voltage) is applied to PLZT, the polarized light after PLZT emission is θ + 135 ° (or θ−135 °) as shown in FIG. It is converted to −90 ° (or 90 °) from the sub-scanning direction by the second λ / 2
Therefore, the voltage can be switched to the upper polygon mirror 7a via the
In this embodiment, even if the angular polarization direction of the array
次に、第4の実施形態を説明する。
第3の実施形態の変形例として、PLZT(カー効果を有する光学材料)をLiNbO3(ポッケルス効果を有する光学材料)に置き換えると、ポッケルス効果を有する光学材料では印加電圧0の時にも複屈折(いわゆる自然複屈折)を有するため、これを補正するためにLiNbO3と第一のλ/2板(または第二のλ/2板)との間にλ/4板を配置させる。このλ/4板を回転調整し印加電圧0で上段もしくは下段ポリゴンミラーのみに光が出力されるようにする。
LiNbO3を用いる場合には、前述のように、PLZTにくらべて比誘電率が低いため高速応答が可能となる。このため、プリンタの高速化に伴って偏光スイッチに要求される速度の対応が容易となる。
第3の実施形態および第4の実施形態では1次元の変調器アレイ構造であり、アレイ光源16に近接させアレイ光同士が重なり合う前に変調器アレイで偏光を切り換えることを特徴とする。
例えばPLZTの場合に、アレイ光源とPLZT入射面までの距離を0.2mmとするとPLZTの溝は50μm、山の幅は60μmとすることでビームがけられることは無い。
ただし、レーザアレイ光の角ビームの広がり角を7°とする。この場合、PLZTの電極間に印加する半波長電圧は約70Vと低電圧駆動できる。
Next, a fourth embodiment will be described.
As a modification of the third embodiment, when PLZT (an optical material having a Kerr effect) is replaced with LiNbO 3 (an optical material having a Pockels effect), birefringence is achieved even when the applied voltage is 0 in an optical material having a Pockels effect ( In order to correct this, a λ / 4 plate is disposed between LiNbO 3 and the first λ / 2 plate (or the second λ / 2 plate). This λ / 4 plate is rotationally adjusted so that light is output only to the upper or lower polygon mirror at an applied voltage of 0.
When LiNbO 3 is used, a high-speed response is possible because the relative dielectric constant is lower than that of PLZT as described above. For this reason, it becomes easy to cope with the speed required for the polarization switch as the printer speed increases.
The third and fourth embodiments have a one-dimensional modulator array structure, and are characterized in that the polarization is switched by the modulator array before the array light is overlapped with the array
For example, in the case of PLZT, if the distance between the array light source and the PLZT incident surface is 0.2 mm, the PLZT groove is set to 50 μm and the peak width is set to 60 μm, so that no beam is emitted.
However, the spread angle of the angular beam of the laser array light is 7 °. In this case, the half-wave voltage applied between the PLZT electrodes can be driven at a low voltage of about 70V.
1次元アレイの変調器構造では光源に接近させる配置によって低電圧駆動を可能とするが、光学材料の溝加工が必要となり、光源のアレイピッチが狭くなったり、広がり角が大きい光源ではビーム間の重なりが発生する。その場合には、1次元変調器アレイまでにアレイ光源に対応したマイクロレンズアレイを設置することが望ましい(図示せず)。
また、アレイ光源であっても、第1の実施形態、第2の実施形態で記載した直方体形状による光変調器2で構成することも可能である(図示せず)。その場合には駆動電圧は高くなるが光学材料の加工は非常に容易になり、また、ビーム間の重なりは問題にならない。
The one-dimensional array modulator structure enables low-voltage driving by placing the light source close to the light source. However, it is necessary to process grooves in the optical material, and the light source array pitch becomes narrow or the light source has a large spread angle. Overlap occurs. In that case, it is desirable to install a microlens array corresponding to the array light source up to the one-dimensional modulator array (not shown).
Further, even an array light source can be configured with the
図10及び図11に基づいて第5の実施形態を説明する。
本実施形態は第3の実施形態の変形例であり、PLZT光変調器部分を図10に示す。光変調器部分以外は第3の実施形態と同様のため、図示を省略する。
光変調器19の電極は谷の側面と底面が電位的に共通となるように形成される。図10に示すように一つおきに共通電位となるように配線する。電圧を印加すると上から順に−E、E、−E、Eのように正負交互に電界が印加される。電圧の極性が反転すると電界は上から順にE、−E、E、−Eと印加される。
本実施形態では回線が簡略されるメリットを有する。また、本実施形態のPLZTのようにカー効果を有する光学材料を使用すると印加電界の2乗で屈折率変調されるため、電界印加正負が逆転していても光学的な特性は光変調器のアレイごとで差は生じない。
また、光変調器19の光学材料をLiNbO3のような電界の1次で屈折率変調される、ポッケルス効果を用いる場合には、図11に示すように光変調器の直後、または直前にλ/4板20を配置し、自然複屈折の量をmπ(ただしmは整数)となるようにλ/4板20を回転調整しておくことで、図10に示すような電界印加で光変調器2'の各アレイの光学特性を同じにすることができる。
また、LiNbO3はPLZTにくらべて比誘電率が低いため、静電容量を小さくすることができるのでPLZTよりもさらに高速応答できる。
A fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
This embodiment is a modification of the third embodiment, and a PLZT optical modulator portion is shown in FIG. Since the parts other than the optical modulator are the same as those in the third embodiment, the illustration is omitted.
The electrodes of the
This embodiment has an advantage that the line is simplified. Further, when an optical material having a Kerr effect is used like the PLZT of this embodiment, the refractive index is modulated by the square of the applied electric field, so that the optical characteristics of the optical modulator are the same even if the applied electric field is reversed. There is no difference between arrays.
Further, in the case of using the Pockels effect in which the optical material of the
Further, since LiNbO 3 has a lower relative dielectric constant than PLZT, the capacitance can be reduced, so that it can respond faster than PLZT.
図12に基づいて、上述した光走査装置30を用いたタンデム型のカラー画像形成装置(第6の実施形態)を説明する。
カラー画像形成装置は、転写ベルト31の移動方向に沿って並置された4つの感光体12Y、12C、12M、12Kを有している。イエロー画像形成用の感光体12Yの周りには、その矢印で示す回転方向において順に、帯電器32Y、現像器33Y、転写手段34Y、クリーニング手段35Yが配置されている。他の色についても同様の構成を有しており、色別の欧文字(C:シアン、M:マゼンダ、K:ブラック)を付して区別し、説明は省略する。
帯電器32は、感光体表面を均一に帯電するための帯電装置を構成する帯電部材である。帯電器32と現像器33の間において感光体表面に光走査装置30によりビームが照射され、感光体12に静電潜像が形成されるようになっている。
そして、静電潜像に基づき、現像器33により感光体面上にトナー像が形成される。転写手段34により、転写ベルト31で搬送される記録媒体(転写紙)に各色の転写トナー像が順次転写され、最終的に定着手段36により重ね合わせ画像が転写紙に定着される。
Based on FIG. 12, a tandem color image forming apparatus (sixth embodiment) using the above-described
The color image forming apparatus has four
The charger 32 is a charging member that constitutes a charging device for uniformly charging the surface of the photoreceptor. Between the charging device 32 and the developing
Based on the electrostatic latent image, a toner image is formed on the surface of the photosensitive member by the developing
1 光源
2 電気光学効果を有する偏光切り換え素子としての光変調器
3 コリメートレンズ
4 偏光分離素子としての偏向プリズム
7 偏向手段としての2段ポリゴンミラー
12K、12M 被走査面としての感光体
16 アレイ光源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (12)
前記光路切り換え手段が、電気光学効果を有する偏光切り換え素子と、偏光分離素子からなることを特徴とする光走査装置。 A light source, an optical path switching unit, a deflecting unit that deflects the light beam, and a scanning optical system that forms an image of the light beam deflected by the deflecting unit on a surface to be scanned. In an optical scanning device that scans a plurality of different scanned surfaces by deflecting the light beam at different timings while switching the optical path,
An optical scanning device characterized in that the optical path switching means comprises a polarization switching element having an electro-optic effect and a polarization separation element.
前記光路切り換え手段から前記偏向手段までの間にλ/2板又はλ/4板が配置されていることを特徴とする光走査装置。 The optical scanning device according to claim 1,
An optical scanning device, wherein a λ / 2 plate or a λ / 4 plate is disposed between the optical path switching means and the deflection means.
前記偏向手段が、共通の回転軸を有し且つ副走査方向に2段の構成を有する多面反射鏡であることを特徴とする光走査装置。 The optical scanning device according to claim 1 or 2,
An optical scanning device characterized in that the deflecting means is a multi-surface reflecting mirror having a common rotation axis and having a two-stage configuration in the sub-scanning direction.
前記多面反射鏡の各段が位相差を有していることを特徴とする光走査装置。 The optical scanning device according to claim 3.
An optical scanning device characterized in that each stage of the polyhedral reflecting mirror has a phase difference.
前記偏光切り換え素子と前記偏光分離素子との間にコリメートレンズを配置したことを特徴とする光走査装置。 In the optical scanning device according to any one of claims 1 to 4,
A collimating lens is disposed between the polarization switching element and the polarization separation element.
前記光源と前記偏光切り換え素子との間にコリメートレンズを配置したことを特徴とする光走査装置。 In the optical scanning device according to any one of claims 1 to 4,
A collimating lens is disposed between the light source and the polarization switching element.
前記コリメートレンズと前記偏光切り換え素子との間に矩形アパーチャを配置したことを特徴とする光走査装置。 The optical scanning device according to claim 6.
An optical scanning device comprising a rectangular aperture disposed between the collimating lens and the polarization switching element.
前記光源がアレイ光源であって、前記偏光切り換え素子は、光の進行方向に順に、λ/2板と、カー効果を有する光学材料からなる光変調器と、λ/2板とを有していることを特徴とする光走査装置。 In the optical scanning device according to any one of claims 1 to 7,
The light source is an array light source, and the polarization switching element includes a λ / 2 plate, an optical modulator made of an optical material having a Kerr effect, and a λ / 2 plate in order in the light traveling direction. An optical scanning device characterized by comprising:
前記光源がアレイ光源であって、前記偏光切り換え素子は、光の進行方向に順に、λ/2板と、ポッケルス効果を有する光学材料からなる光変調器と、λ/4板と、λ/2板とを有していることを特徴とする光走査装置。 In the optical scanning device according to any one of claims 1 to 7,
The light source is an array light source, and the polarization switching element includes, in order in the light traveling direction, a λ / 2 plate, an optical modulator made of an optical material having a Pockels effect, a λ / 4 plate, and λ / 2. An optical scanning device comprising a plate.
前記光源が2次元アレイで、前記偏光切り換え素子が1次元アレイであることを特徴とする光走査装置。 In the optical scanning device according to any one of claims 1 to 9,
The optical scanning device characterized in that the light source is a two-dimensional array and the polarization switching element is a one-dimensional array.
前記偏光切り換え素子の電極が、隣接するアレイ電極と共通化されていることを特徴とする光走査装置。 The optical scanning device according to claim 10.
An optical scanning device characterized in that an electrode of the polarization switching element is shared with an adjacent array electrode.
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| JP2013025217A (en) * | 2011-07-25 | 2013-02-04 | Ricoh Co Ltd | Optical scanner and image forming apparatus |
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