JP2006154337A - レーザー走査光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】 リニアリティーを損なうことなく画角毎のビーム径を均一にすることができるレーザー走査光学系を提供する。
【解決手段】 レーザー光源１と、レーザー光源１からのレーザー光を偏向させる共振型偏向器３と、共振型偏向器３で偏向したレーザー光を感光体５上で結像走査させる走査レンズ４と、を備えたレーザー走査光学系であって、走査レンズ４がアークサインの走査特性を有する。ビーム径が画角毎に均一になるようにレーザー光源１の発光時間が制御されて、レーザー光源１の発光時間が画角に応じて変化する。
【選択図】 図１

Description

本発明はレーザー走査光学系に関するものであり、例えばレーザープリンタ，デジタル複写機等の画像形成装置において、レーザー光を偏向走査しながら被走査面上に画像を露光記録するレーザー走査光学系に関するものである。

従来のレーザー走査光学系の分野では、例えば、特許文献１，２に示されているように、レーザー光源から出射させたレーザー光を共振型偏向器により偏向させ、アークサイン特性を有する走査レンズにより感光体上を走査する技術が提案されている。また、特許文献３に示されているように、レーザー光源から出射させたレーザー光を共振型偏向器により偏向させ、tanθ特性を有する走査レンズにより感光体上を走査する技術が提案されている。
特開平９−３３８４３号公報 特開平９−８０３４８号公報 特開２００２−８２３０３号公報

特許文献１，２で提案されているように、アークサイン特性を有する走査レンズを使用した場合、その走査特性が共振型偏向器の偏向特性に合っているためリニアリティーは満足するものの、画角周辺でビーム径が増大してしまう。特許文献３で提案されているように、tanθ特性を有する走査レンズを使用した場合、微小な偏向角度であればリニアリティーを満足するものの、偏向角が大きくなるにつれてリニアリティーが損なわれてしまう。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、リニアリティーを損なうことなく画角毎のビーム径を均一にすることができるレーザー走査光学系を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明のレーザー走査光学系は、レーザー光源と、そのレーザー光源からのレーザー光を偏向させる共振型偏向器と、その共振型偏向器で偏向したレーザー光を被走査面上で結像走査させる走査レンズと、を備えたレーザー走査光学系であって、前記走査レンズがアークサインの走査特性を有し、ビーム径が画角毎に均一になるように前記レーザー光源の発光時間が制御されることを特徴とする。

第２の発明のレーザー走査光学系は、レーザー光源と、そのレーザー光源からのレーザー光を偏向させる共振型偏向器と、その共振型偏向器で偏向したレーザー光を被走査面上で結像走査させる走査レンズと、を備えたレーザー走査光学系であって、前記走査レンズがアークサインの走査特性を有し、前記レーザー光源の発光時間が画角に応じて変化することを特徴とする。

第３の発明のレーザー走査光学系は、上記第１又は第２の発明において、以下の条件式(1)を満足することを特徴とする。
1.1＜１／√{１−(θ／θmax)²}＜1.7 …(1)
ただし、
θ：偏向角、
θmax：共振型偏向器の最大偏向角、
である。

第４の発明のレーザー走査光学系は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記被走査面上での単位時間当たりの光量が前記レーザー光源の発光時間の比と反比例するように設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、共振型偏向器とアークサイン特性の走査レンズとを用いた場合に起こる画角周辺部でのビーム太りを、レーザー光源の発光時間を変化させることにより抑える構成になっているため、リニアリティーを損なうことなく画角毎のビーム径を均一にすることができる。また、発光時間を変化させることにより生じる光量変動は、被走査面上での単位時間当たりの光量をレーザー光源の発光時間の比と反比例するように設定することにより解消可能である。

以下、本発明を実施したレーザー走査光学系を、図面を参照しつつ説明する。図１に、レーザー走査光学系の一実施の形態の概略構成を示す。このレーザー走査光学系は、画像形成装置(例えば、レーザープリンタ，デジタル複写機等)においてレーザー光を偏向走査しながら被走査面である感光体５上に画像を露光記録するレーザー走査光学系であって、レーザー光源１，ビーム整形レンズ２，共振型偏向器３，走査レンズ４等を備えている。レーザー光源１から発せられたレーザー光は、ビーム整形レンズ２により所定の形状にビーム整形される。そのレーザー光を共振型偏向器３が偏向させ、偏向したレーザー光を走査レンズ４が感光体５上で結像走査させる。走査レンズ４はアークサインの走査特性を有している。また、レーザー光源１は画角毎に発光デューティが可変になっており、レーザー光で感光体５に対する露光走査を行うとき、レーザー光源１の発光時間が画角に応じて変化する。

走査レンズ４のアークサイン特性は共振型偏向器３の偏向特性に合っているため、良好なリニアリティーを得ることができる。ただし、レーザー光源１の発光デューティが画角に応じて変化しなければ、画角周辺でビーム径が増大してしまう。そのビーム径の太りを図２のグラフに示す。図２のグラフは、レーザー光源１の発光デューティが可変でない場合のビーム径の太り、つまり、発光デューティを固定した状態での画角に対するビーム径の変化を表している。横軸のθ／θmaxは、共振型偏向器３の最大偏向角θmaxに対する偏向角θの比を表しており、縦軸の１／√{１−(θ／θmax)²}は、アークサイン特性を有する走査レンズ４で走査した場合のビーム径の相対的な大きさ(つまり、偏向角０度での主走査方向のビーム径に対する各偏向角θでの主走査方向のビーム径の比)を表している。

図２のグラフから分かるように、偏向角(θの絶対値)が大きくなるにつれて主走査方向のビーム径が大きくなっている。これは偏向角が大きくなるにつれて、主走査方向の有効Ｆナンバーが大きくなるためである。主走査方向の有効Ｆナンバーは走査レンズ４の射影特性と感光体５への入射角とに依存し、射影特性が偏向角変化に対して像高変化が比例するような関係であるとき、感光体５の面内で見た主走査方向のビーム径は偏向角(言い換えれば像高)に関わらず一定となる。偏向角変化に対して像高変化が比例するような関係は、ポリゴンミラーを用いた走査光学系で用いられているものであり、その射影特性は一般にｆθ特性と呼ばれている。射影特性がアークサイン特性の場合、ビーム径は一定とならず、上述の式：１／√{１−(θ／θmax)²}で表されるようになる。

画角周辺でのビーム径の太りを解消するため、本実施の形態においてレーザー光源１は画角毎に発光デューティが可変になっている。つまり、レーザー光源１の発光時間が画角に応じて変化し、その発光時間はビーム径が画角毎に均一になるように制御される。レーザー光源１の発光デューティの制御例を図３のグラフに示す。図３のグラフは、レーザー光源１の発光デューティを可変制御したときの画角に対する発光時間の変化を表している。横軸のθ／θmaxは、共振型偏向器３の最大偏向角θmaxに対する偏向角θの比を表しており、縦軸のＴは、偏向角０度での発光時間を１とした場合の各偏向角θでの発光時間を表している。

図３のグラフに示すように、レーザー光源１の発光デューティを画角に応じて変化させること(具体的には、画角の増大に伴って発光時間を短くすること)により、偏向角を有効に使用しながら画角毎のビーム径を均一にすることが可能となる。しかも、走査レンズ４がアークサイン特性を有しているため、リニアリティーが損なわれることもない。このように、ビーム径が画角毎に均一になるようにレーザー光源の発光時間を制御すれば、共振型偏向器とアークサイン特性を有する走査レンズとを組み合わせて使用した場合でも画角周辺でのビーム径の増大が生じないため、良好な画像性能を得ることができる。

上記観点から、走査レンズがアークサイン特性を有するレーザー走査光学系においては、以下の条件式(1)を満足することが望ましい。
1.1＜１／√{１−(θ／θmax)²}＜1.7 …(1)
ただし、
θ：偏向角、
θmax：共振型偏向器の最大偏向角、
である。

上記条件式(1)は、アークサイン特性を有する走査レンズを用いた場合のビーム径に関して好ましい条件範囲を規定しており、図２のグラフ中に示したラインＬ１とＬ２は条件式(1)の上限と下限をそれぞれ示している。条件式(1)の上限を越えると、偏向角θの変化に対してかなり大きく像高を変化させる必要が生じてしまい、走査レンズの収差補正が困難になる。また、発光デューティを決める周波数に関しても高周波なものが要求されることになる。逆に、条件式(1)の下限を越えると、共振型偏向器の偏向角が有効に利用されていないことになり、また、レーザー走査光学系が大型化するという問題も生じてしまう。

画角周辺でのビーム径の太りを解消するために発光デューティを変化させると、それに伴って光量変動が生じることになる。その光量変動を抑えるため、本実施の形態では感光体５上での単位時間当たりの光量がレーザー光源１の発光時間の比(例えばデューティ比)と反比例するように設定されている。感光体５上での単位時間当たりの光量の設定例を図４のグラフに示す。図４のグラフにおいて、横軸のθ／θmaxは、共振型偏向器３の最大偏向角θmaxに対する偏向角θの比を表しており、縦軸のＩは、偏向角０度での光量を１とした場合の各偏向角θでの光量を表している。

感光体５上での単位時間当たりの光量を偏向角(言い換えれば像高)に応じて変える手段としては、例えば、偏向角が大きくなるにつれて光量が高くなるようにレーザー光源１のパワーを変化させるパワー可変手段が挙げられる。また、偏向角に応じて反射光量又は透過光量を変える光学部材が挙げられる。例えば、ミラーの反射率、レンズの透過率をそれぞれのコーティングの膜の層数や厚さ等を変えることにより制御して、偏向角が大きくなるにつれて光量が高くなるように設定された、ミラー，レンズ等の光学部材が挙げられる。

図１には、反射光量が偏向角に応じて変化するように設定されたミラーは示されていない。しかし、レーザー走査光学系を装置本体に搭載する際、配置の都合上、光路を折り曲げる目的で１枚又は２枚のミラーを光学系内に挿入することは多い。そのような場合、感光体５上での単位時間当たりの光量がレーザー光源１の発光時間の比(例えばデューティ比)と反比例するように、ミラーの反射率を設定するのが好ましい。このように、レーザー光源１のパワーを可変に制御したり、ミラーやレンズの反射率・透過率を制御したりすることによって、被走査面上での単位時間当たりの光量がレーザー光源の発光時間の比と反比例するように設定すれば、ビーム径を一定に保ちながら感光体５上での光量も一定にすることが可能になる。

レーザー走査光学系の一実施の形態を示す概略図。 レーザー光源の発光デューティが可変でない場合のビーム径の太りを示すグラフ。 レーザー光源の発光デューティの制御例を示すグラフ。 感光体上での単位時間当たりの光量の設定例を示すグラフ。

符号の説明

１ レーザー光源
２ ビーム整形レンズ
３ 共振型偏向器
４ 走査レンズ
５ 感光体(被走査面)

Claims (4)

1. レーザー光源と、そのレーザー光源からのレーザー光を偏向させる共振型偏向器と、その共振型偏向器で偏向したレーザー光を被走査面上で結像走査させる走査レンズと、を備えたレーザー走査光学系であって、前記走査レンズがアークサインの走査特性を有し、ビーム径が画角毎に均一になるように前記レーザー光源の発光時間が制御されることを特徴とするレーザー走査光学系。
2. レーザー光源と、そのレーザー光源からのレーザー光を偏向させる共振型偏向器と、その共振型偏向器で偏向したレーザー光を被走査面上で結像走査させる走査レンズと、を備えたレーザー走査光学系であって、前記走査レンズがアークサインの走査特性を有し、前記レーザー光源の発光時間が画角に応じて変化することを特徴とするレーザー走査光学系。
3. 以下の条件式(1)を満足することを特徴とする請求項１又は２記載のレーザー走査光学系；
   1.1＜１／√{１−(θ／θmax)²}＜1.7 …(1)
   ただし、
   θ：偏向角、
   θmax：共振型偏向器の最大偏向角、
   である。
4. 前記被走査面上での単位時間当たりの光量が前記レーザー光源の発光時間の比と反比例するように設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザー走査光学系。

Images