JP2009080319A - Laser scanning optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ走査光学装置、特に、電子写真方式の複写機やプリンタなどの画像形成装置にプリントヘッドとして搭載されるレーザ走査光学装置に関する。 The present invention relates to a laser scanning optical device, and more particularly to a laser scanning optical device mounted as a print head in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine or printer.
近年、複写機やプリンタにおいては、半導体レーザを光源として使用し、描画の高速高精細化の要求に基づいて、感光体上を複数のビームで副走査方向に所定の間隔で走査するマルチビーム方式が主流になっている。 In recent years, in copiers and printers, a multi-beam system that uses a semiconductor laser as a light source and scans the photoreceptor with multiple beams at predetermined intervals in the sub-scanning direction based on the demand for high-speed and high-definition drawing Has become mainstream.
マルチビーム方式では、まず、それぞれの半導体レーザの特性のばらつきによるビーム光量の相対差を補正する必要がある。さらに、半導体レーザではドループ特性を有し、画質劣化の要因となっている。ドループ特性とは、半導体レーザは温度の上昇で光量が低下する傾向にあり、定電流で点灯駆動すると、駆動時間の経過に伴って自己の発熱で光量が若干低下することをいう。ドループ特性による画像劣化は、マルチビーム方式においてシングルビーム方式よりも顕著に現れる。 In the multi-beam method, first, it is necessary to correct the relative difference in the amount of beam light due to variations in the characteristics of the respective semiconductor lasers. Furthermore, the semiconductor laser has a droop characteristic, which is a cause of image quality degradation. The droop characteristic means that the amount of light of a semiconductor laser tends to decrease as the temperature rises, and when it is driven to light at a constant current, the amount of light decreases slightly due to its own heat generation as the driving time elapses. Image degradation due to droop characteristics appears more significantly in the multi-beam method than in the single-beam method.
半導体レーザの個体差によるビーム光量の相対差を補正することに関しては、特許文献1に、二つの半導体レーザから射出されたビームのそれぞれ又は片方のみに透過率調整素子を配置することが記載されている。しかし、透過率調整素子をそれぞれの半導体レーザに対して設置することは、光源部の限られたスペースでは困難である。また、一方のビームのみに透過率調整素子を設けると、他方のビームよりも感光体上での光量が低下し、両者の感光体上での光量を揃えるとなると一方の半導体レーザの出力をかなり高めなければならず、実際的ではない。また、特許文献1ではドループ特性による画像劣化の防止対策までも言及することはない。
そこで、本発明の目的は、二つの半導体レーザを用いたマルチビームで画像を描画する場合に、各ビームの光量相対差を簡単な構成で補正でき、かつ、ドループ特性を緩和でき、ひいては画像劣化を抑えることのできるレーザ走査光学装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to correct the relative light quantity difference between each beam with a simple configuration and to reduce the droop characteristic when drawing an image with a multi-beam using two semiconductor lasers. It is an object of the present invention to provide a laser scanning optical device capable of suppressing the above.
以上の目的を達成するため、本発明に係るレーザ走査光学装置は、
二つの半導体レーザと、
少なくとも一方の前記半導体レーザから射出されたビームの偏光方向を変える偏光素子と、
前記二つの半導体レーザから射出されたビームをほぼ同じ方向に合成する合成素子と、
前記二つの半導体レーザから射出されたビームを集光する集光素子と、
前記合成素子よりもビーム進行方向の下流側に配置され、前記二つの半導体レーザから射出されたビームの透過率を調整する単一の透過率調整素子と、
を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a laser scanning optical device according to the present invention includes:
Two semiconductor lasers,
A polarizing element that changes a polarization direction of a beam emitted from at least one of the semiconductor lasers;
A combining element that combines beams emitted from the two semiconductor lasers in substantially the same direction;
A condensing element for condensing the beams emitted from the two semiconductor lasers;
A single transmittance adjusting element that is arranged downstream of the combining element in the beam traveling direction and adjusts the transmittance of the beams emitted from the two semiconductor lasers;
It is provided with.
本発明に係るレーザ走査光学装置においては、二つの半導体レーザから射出されたそれぞれのビームは合成素子でほぼ同じ方向に合成され、かつ、単一の透過率調整素子にて透過率を調整され、感光体上での照射光量が均一化される。透過率調整素子は一つであるためスペース的に有利であり、透過率調整素子を透過する分だけ各半導体レーザの出力を高めることとなり、ドループ特性による光量の低下が緩和される。これらにより、画像劣化を抑えることができる。なお、半導体レーザは発光源が一つであっても複数であってもよい。 In the laser scanning optical device according to the present invention, the respective beams emitted from the two semiconductor lasers are synthesized in substantially the same direction by the synthesis element, and the transmittance is adjusted by a single transmittance adjustment element, The amount of light irradiated on the photoreceptor is made uniform. Since there is only one transmittance adjusting element, it is advantageous in terms of space, and the output of each semiconductor laser is increased by the amount that is transmitted through the transmittance adjusting element, so that the reduction in the amount of light due to the droop characteristic is alleviated. As a result, image degradation can be suppressed. The semiconductor laser may have one or more light sources.
本発明に係るレーザ走査光学装置において、透過率調整素子は集光素子よりもビーム進行方向の下流側に配置されていることが好ましい。集光素子を透過したビームはほぼ平行光に集光されるので、透過率調整素子の位置を比較的自由に設定できる。 In the laser scanning optical apparatus according to the present invention, it is preferable that the transmittance adjusting element is disposed on the downstream side of the light converging element in the beam traveling direction. Since the beam that has passed through the condensing element is condensed into substantially parallel light, the position of the transmittance adjusting element can be set relatively freely.
また、偏光素子は1/2波長板であり、透過率調整素子は偏光フィルタであり、該偏光フィルタは光軸を中心として回転可能に配置されていてもよい。1/2波長板によって二つの半導体レーザから射出されたビームはそれらの偏光方向が90°回転した直線偏光にされ、偏光フィルタの回転によって透過率が所定の割合で増減される。この偏光フィルタは光軸を中心とする回転角度の初期値が設定されていれば、調整が容易で調整時間を短縮できる。 The polarizing element may be a half-wave plate, the transmittance adjusting element may be a polarizing filter, and the polarizing filter may be disposed so as to be rotatable about the optical axis. The beams emitted from the two semiconductor lasers by the half-wave plate are made into linearly polarized light whose polarization direction is rotated by 90 °, and the transmittance is increased or decreased by a predetermined ratio by the rotation of the polarization filter. If the initial value of the rotation angle about the optical axis is set, this polarizing filter can be easily adjusted and the adjustment time can be shortened.
また、NDフィルタが透過率調整素子よりもビーム進行方向の下流側に配置されていてもよい。NDフィルタを設けることで半導体レーザをより高出力で使用でき、ドループ特性の影響をより緩和できる。このNDフィルタと透過率調整素子との間にビーム強度測定用センサが着脱される保持部を備えていてもよい。NDフィルタで光量が減少する前にビーム強度を測定でき、測定誤差の影響を抑えることができる。また、測定用センサの保持部を設けることで、測定作業性が向上する。 Further, the ND filter may be disposed downstream of the transmittance adjusting element in the beam traveling direction. By providing the ND filter, the semiconductor laser can be used at a higher output, and the influence of the droop characteristic can be further alleviated. A holding unit to which a beam intensity measuring sensor is attached and detached may be provided between the ND filter and the transmittance adjusting element. The beam intensity can be measured before the amount of light is reduced by the ND filter, and the influence of measurement errors can be suppressed. Moreover, the measurement workability is improved by providing a holding portion for the measurement sensor.
以下、本発明に係るレーザ走査光学装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。 Embodiments of a laser scanning optical apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
(第1実施例、図1〜図6参照)
図1に第1実施例であるレーザ走査光学装置1の概略構成を示す。この装置1は、光源部2Aと、所定の速度で回転駆動されるポリゴンミラー10と、fθ機能などを有する走査レンズ11,12と、水平同期センサ14と、該センサ14にビームを集光させる集光レンズ15とで構成され、ハウジング20に収容されている。
(Refer 1st Example and FIGS. 1-6)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a laser scanning
光源部2Aは、図2及び図3に示すように、一つの発光源を備えた半導体レーザ3a,3bと、半導体レーザ3bから射出されたビームβの偏光方向を変える偏光素子(具体的には、1/2波長板)4と、各半導体レーザ3a,3bから射出されたビームα,βを同じ方向に合成する合成素子(具体的には、プリズムからなるビームスプリッタ)5と、合成されたビームα,βを集光するコリメータレンズ6と、ビームα,βの透過率を調整する透過率調整素子(具体的には、偏光フィルタ)7と、面倒れ補正用のシリンドリカルレンズ8(図1参照)とで構成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
半導体レーザ3aから放射されたビームαは、図4に示す垂直方向に偏光している。半導体レーザ3bから放射されたビームβは1/2波長板4で90°偏光される。これらのビームα,βはビームスプリッタ5にて同一方向に合成され、コリメータレンズ6にて平行光とされ、偏光フィルタ7を透過することで以下に説明するように光強度を均等に調整される。その後、ビームα,βはシリンドリカルレンズ8によって副走査方向zにほぼ平行に集光され、ポリゴンミラー10に導かれる。
The beam α emitted from the semiconductor laser 3a is polarized in the vertical direction shown in FIG. The beam β emitted from the
ビームα,βはポリゴンミラー10の回転に基づいて主走査方向yに等角速度で偏向され、走査レンズ11,12を透過することで必要な収差を補正され、感光体ドラム25上で結像する。感光体ドラム25上で各ビームα,βは主走査方向yに走査される。なお、ビームα,βは図1〜図3では同一光軸上に合成されたように作図されているが、実際には副走査方向zに所定の間隔で分離しており、1走査で2ラインの画像を描画する。
The beams α and β are deflected at a constant angular velocity in the main scanning direction y based on the rotation of the
ここで、偏光フィルタ7によるビームα,βの透過率調整について説明する。ビームα,βの偏光方向は図4に示すように90°に異なっており、偏光フィルタ7はいずれの偏光方向に対しても45°の角度に配置されている。この状態で、ビームα,βの透過率は等しく、それぞれ50%である。図6は偏光フィルタ7の回転角度に対するビームα,βの透過率を示し、回転角度を45°よりも減少させるとビームαの透過率が上昇するとともにビームβの透過率が減少する。一方、回転角度を45°よりも増加させるとビームαの透過率が減少するとともにビームβの透過率が増加する。
Here, the transmittance adjustment of the beams α and β by the polarizing
仮に、ビームαの強度がビームβに比べて大きければ、偏光フィルタ7を45°よりも大きな角度に回転させればビームα,βの光量の相対差を補正することができる。逆に、ビームαの強度がビームβに比べて小さければ、偏光フィルタ7を45°よりも小さな角度に回転させればよい。
If the intensity of the beam α is larger than that of the beam β, the relative difference between the light amounts of the beams α and β can be corrected by rotating the polarizing
偏光フィルタ7は、図5に示すように、ホルダ71に保持された状態でハウジング20の凹部21に光軸を中心として回転自在にセットされている。この偏光フィルタ7は、ホルダ71の側部に設けたブラケット72に取り付けた調整ねじ73が座部22に当接することで回転角度が45°の初期値に設定されている。光源部2A単体で、あるいは、光源部2Aを組み込んだレーザ走査光学装置1として完成した状態で、ビームα,βの強度を測定し、光強度が均等となるように、調整ねじ73を回転させて偏光フィルタ7の回転角度を調整し、光量の相対差を補正する。
As shown in FIG. 5, the polarizing
本第1実施例においては、二つの半導体レーザ3a,3bから射出されたそれぞれのビームα,βを単一の偏光フィルタ7にて透過率を調整するため、感光体ドラム25上での照射光量が均一化されることは勿論、偏光フィルタ7は一つであるためスペース的に有利である。また、偏光フィルタ7を透過する分だけ各半導体レーザ3a,3bの出力を高めることとなり、ドループ特性による光量の低下が緩和される。これらにより、画像劣化を抑えることができる。
In the first embodiment, the amount of light irradiated on the
また、偏光フィルタ7はコリメータレンズ6よりもビーム進行方向xの下流側に配置されている。コリメータレンズ6を透過したビームα,βは平行光に集光されるので、図3に示すように、コリメータレンズ6と偏光フィルタ7との距離L1は、自由に設定できる。一方、偏光フィルタ7をコリメータレンズ6よりビーム進行方向xの上流側に配置すると、半導体レーザ3aからコリメータレンズ6までの距離L2はコリメータレンズ6の焦点距離で決まるので(通常は10mm程度)、この距離L2内に偏光フィルタ7を配置することは非常に困難である。
Further, the
また、本第1実施例では、1/2波長板4を用いてビームα,βをその偏光方向が90°の差を有する状態で偏光フィルタ7に入射させている。それゆえ、偏光フィルタ7の回転角度を調整することで、容易に光量差を補正できる。しかも、偏光フィルタ7の回転角度が45°に初期設定されているため、調整時間を短縮できる。
In the first embodiment, the half-wave plate 4 is used to cause the beams α and β to enter the
(第2実施例、図7及び図8参照)
図7に第2実施例であるレーザ走査光学装置の光源部2Bを示す。この光源部2Bは、NDフィルタ9を偏光フィルタ7よりもビーム進行方向xの下流側に配置したものである。レーザ走査光学装置としての他の構成は図1に示した前記第1実施例と同様である。
(Refer to the second embodiment, FIGS. 7 and 8)
FIG. 7 shows a
NDフィルタ9は、よく知られているように、選択吸収をせずに入射光の成分を変えることなく、透過光量を減少させる機能を有する。このようなNDフィルタ9を設けることで半導体レーザ3a,3bをより高出力で使用でき、ドループ特性の影響をより緩和できる。
As is well known, the ND filter 9 has a function of reducing the amount of transmitted light without changing the component of incident light without performing selective absorption. By providing such an ND filter 9, the
そして、ビームα,βの強度を測定する際、ビーム強度測定用センサ91(図8参照)は、NDフィルタ9と偏光フィルタ7との間に装着される。このセンサ91のホルダ92を着脱自在な保持部23がハウジング20の一部に設けられており、該保持部23はNDフィルタ9と偏光フィルタ7との間に設置されている。NDフィルタ9を設けた場合、NDフィルタ9で光量が減少する前にビーム強度を測定することで、測定誤差の影響を抑えることができる。また、測定用センサ91の保持部23をハウジング20に設けることで、測定作業性が向上する。
When measuring the intensity of the beams α and β, the beam intensity measuring sensor 91 (see FIG. 8) is mounted between the ND filter 9 and the
(第3実施例、図9参照)
図9に第3実施例であるレーザ走査光学装置の光源部2Cを示す。この光源部2Cは、コリメータレンズ6a,6bを半導体レーザ3a,3bの直後に配置したもので、他の構成は図1に示した前記第1実施例と同様である。
(Refer to the third embodiment, FIG. 9)
FIG. 9 shows a light source unit 2C of the laser scanning optical apparatus according to the third embodiment. The light source section 2C is configured by disposing collimator lenses 6a and 6b immediately after the
(第4実施例、図10参照)
図10に第4実施例であるレーザ走査光学装置の光源部2Dを示す。この光源部2Dは、それぞれ二つの発光源を備えた二つの半導体レーザ3a’,3B’を設けたもので、他の構成は図1に示した前記第1実施例と同様である。各発光源から射出された計4本のビームは、それぞれ副走査方向zに所定の間隔で分離して感光体ドラム25上を照射し、1走査で4ラインの画像を描画する。
(Refer to the fourth embodiment, FIG. 10)
FIG. 10 shows a
(他の実施例)
なお、本発明に係るレーザ走査光学装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
(Other examples)
The laser scanning optical device according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified within the scope of the gist thereof.
例えば、本レーザ走査光学装置が搭載される画像形成装置は任意であり、モノクロ画像形成装置であっても、カラー画像形成装置であってもよく、プリンタ、複写機、ファクシミリ、それらの複合機のいずれであってもよい。また、ポリゴンミラーより下流側の光学系の構成も任意であることは勿論である。 For example, the image forming apparatus on which the laser scanning optical device is mounted is arbitrary, and may be a monochrome image forming apparatus or a color image forming apparatus, and may be a printer, a copier, a facsimile machine, or a complex machine thereof. Either may be sufficient. Of course, the configuration of the optical system downstream of the polygon mirror is also arbitrary.
1…レーザ走査光学装置
2A,2B,2C,2D…光源部
3a,3b,3a’,3b’…半導体レーザ
4…1/2波長板
5…ビームスプリッタ
6,6a,6b…コリメータレンズ
7…偏光フィルタ
9…NDフィルタ
20…ハウジング
23…保持部
91…ビーム強度測定用センサ
α,β…ビーム
DESCRIPTION OF
Claims (6)
少なくとも一方の前記半導体レーザから射出されたビームの偏光方向を変える偏光素子と、
前記二つの半導体レーザから射出されたビームをほぼ同じ方向に合成する合成素子と、
前記二つの半導体レーザから射出されたビームを集光する集光素子と、
前記合成素子よりもビーム進行方向の下流側に配置され、前記二つの半導体レーザから射出されたビームの透過率を調整する単一の透過率調整素子と、
を備えたことを特徴とするレーザ走査光学装置。 Two semiconductor lasers,
A polarizing element that changes a polarization direction of a beam emitted from at least one of the semiconductor lasers;
A combining element that combines beams emitted from the two semiconductor lasers in substantially the same direction;
A condensing element for condensing the beams emitted from the two semiconductor lasers;
A single transmittance adjusting element that is arranged downstream of the combining element in the beam traveling direction and adjusts the transmittance of the beams emitted from the two semiconductor lasers;
A laser scanning optical device comprising:
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