JP2009098560A - レーザ走査光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも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、ドループ特性の影響を緩和可能であり、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得る。
【解決手段】二つの半導体レーザ３ａ，３ｂと、１／２波長板４ａ，４ｂと、ビームスプリッタ５と、コリメータレンズ６とからなる光源部２Ａを備えたレーザ走査光学装置。１／２波長板４ａ，４ｂはその回転角度（位相角）を調整することでビームα，βの透過率をそれぞれ均一化するように補正する。ビームスプリッタ５はその接合面５ａに偏光膜を有し、所定の直線偏光のみを透過／反射する。
【選択図】図２

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。

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。

マルチビーム方式では、まず、それぞれの半導体レーザから射出されたビームを合成素子にてほぼ同じ方向に合成しており、主に半導体レーザの放射角のばらつきに起因する結合効率差を調整することが必要となる。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。

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。
特開２００４−４５８４０号公報

そこで、本発明の目的は、少なくとも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、ドループ特性の影響を緩和可能であり、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。

以上の目的を達成するため、本発明は、
少なくとも二つの半導体レーザから射出されたビームを、合成素子にてほぼ同じ方向に合成するとともに、集光素子にて集光し、被走査面上を一方向に走査するレーザ走査光学装置において、
前記半導体レーザと前記合成素子との間に、ビームの透過率を調整するための１／２波長板を配置し、
前記合成素子はその接合面に偏光膜を有していること、
を特徴とする。

本発明に係るレーザ走査光学装置においては、半導体レーザと合成素子との間に、１／２波長板を配置することにより、少なくとも二つの半導体レーザから射出されたそれぞれのビームの偏光方向を互いにほぼ９０°回転した直線偏光にされ、接合面に偏光膜を施した合成素子を透過した後の透過率をそれぞれ調整することができる。１／２波長板を光軸を中心として回転させることで各ビームの透過率を変更でき、結合効率差による半導体レーザの出力のばらつきを補正することができる。また、結合効率の絶対値を変更することも可能であり、光量の絶対値を高めることでドループ特性の影響を緩和できる。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。

本発明に係るレーザ走査光学装置において、１／２波長板の一つは位相角がほぼ４５°で、いま一つは位相角がほぼ０°に設定され、いずれか一方の１／２波長板が回転調整可能であってもよい。それぞれの１／２波長板をその位相角が透過率の高い状態に初期設定しておくことで、調整の範囲が広くなる。この場合、回転しないように設定された他方の１／２波長板は所定の回転角度に設定しておけば、調整時間が短縮される。

また、１／２波長板の一つは位相角がほぼ４５°で、いま一つは位相角がほぼ０°に設定され、双方の１／２波長板が回転調整可能であってもよい。あるいは、１／２波長板の一つは位相角がほぼ４５°に、いま一つは位相角がほぼ０°に初期設定されており、いずれか一方を初期設定角度から所定角度に回転させた後に固定し、他方を回転調整するようにしてもよい。これらにより、透過率を高く保って結合効率差を調整することができる。

前記１／２波長板は外周がほぼ円形をなすホルダに固定されており、該ホルダは光軸に対して回転可能に設定されていることが好ましい。また、合成素子から射出されるビームは、楕円形状の長軸方向がほぼ一致していることが好ましい。

２×Ｎ個（但し、Ｎは整数）の半導体レーザを備えるとともに２個の半導体レーザごとに一つの合成素子を備え、さらに、該合成素子から射出したビームを接合面に偏光膜を有していない第２の合成素子にてほぼ同じ方向に合成するように構成してもよい。４以上の複数の発光源からのビームの透過率をそれぞれ調整することができる。

また、ＮＤフィルタが合成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フィルタと合成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。

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。

（第１実施例、図１〜図７参照）
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。

光源部２Ａは、図２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３ａ，３ｂから射出されたビームα，βの偏光方向を変える１／２波長板４ａ，４ｂと、ビームα，βを同じ方向に合成するとともにビームα，βの楕円形状の長軸方向を揃える合成素子（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、図１に示されているアパーチャ７と、面倒れ補正用のシリンドリカルレンズ８とで構成されている。

半導体レーザ３ａから放射されたビームαは、ビームスプリッタ５を透過し、半導体レーザ３ｂから放射されたビームβはビームスプリッタ５の接合面５ａで反射され、それぞれ進行方向を同じくするように合成され、コリメータレンズ６にて平行光とされる。１／２波長板４ａ，４ｂの作用については後に詳述する。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。

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及び図２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。さらには、個々の半導体レーザの発光源が複数の場合は、１走査で複数倍のラインを描画することになる。

ここで、１／２波長板４ａ，４ｂの作用（ビームα，βの合成）について詳述する。図４に示すように、半導体レーザ３ａから射出されたビームαは位相角をほぼ０°に設定した１／２波長板４ａを透過し、偏光方向を変えることなくビームスプリッタ５に入射する。半導体レーザ３ｂから射出されたビームβは位相角をほぼ４５°に設定した１／２波長板４ｂを透過し、偏光方向を９０°回転されたビームβ’としてビームスプリッタ５に入射する。

ビームスプリッタ５において、各ビームα，β’は同一方向に、かつ、楕円形状の長軸を揃えた状態に合成される。ビームスプリッタ５の接合面５ａには偏光膜が施されており、所定の偏光方向のビームのみしか透過及び反射しないようになっている。

図５（Ａ），（Ｂ）はビームスプリッタ５でのビームの透過／反射状態を示している。図５（Ａ）は接合面５ａの背面側から入射するビームを示し、点線で示す横振動のビームはほぼ１００％透過する。しかし、実線で示す縦振動のビームは１％以下しか透過しない。ビームが横振動から縦振動に徐々に振動角度が変化すると、その振動角度の変化に応じて透過率がほぼ１００％からほぼ０％に変化することになる。

図５（Ｂ）は接合面５ａに向かって入射するビームを示し、実線で示す縦振動のビームはほぼ１００％反射する。しかし、点線で示す横振動のビームは１％以下しか反射しない。ビームが縦振動から横振動に徐々に振動角度が変化すると、その振動角度の変化に応じて透過率がほぼ１００％からほぼ０％に変化することになる。

次に、１／２波長板４ａ，４ｂの位相角について説明する。図４に示すように、半導体レーザ３ａは横振動のビームαを射出する。１／２波長板４ａは位相角が０°に設定されており、１／２波長板４ａに入射したビームαは光量がほぼ低下することなく、横振動のままビームスプリッタ５に向かって射出される。半導体レーザ３ｂは横振動のビームβを射出する。１／２波長板４ｂは位相角が４５°に設定されており、１／２波長板４ｂに入射したビームβは光量がほぼ低下することなく、縦振動に変化して（ビームβ’）ビームスプリッタ５に向かって射出される。

図６に、１／２波長板４ａ，４ｂの回転角度（位相角）とビーム透過率との関係を示している。横振動の透過ビームは１／２波長板４ａの位相角が０°から増加していくに伴って透過率が低下していく。縦振動の反射ビームは１／２波長板４ｂの位相角が４５°から減少していくに伴って透過率が減少していく。半導体レーザ３ａ，３ｂの光量にばらつきのない理想状態の場合、透過するビームαに関しては１／２波長板４ａを位相角０°に設定し、反射するビームβに関しては１／２波長板４ｂを位相角４５°に設定すると、ビームα，βは光量差のない状態で、かつ、それぞれ最大光量（透過率はほぼ１００％）を確保できる。

図７に、半導体レーザ３ａ，３ｂに光量差（３０％）が生じている場合の調整例を示している。この場合、透過するビームαに関しては１／２波長板４ａを位相角１６°に設定し、反射するビームβに関しては１／２波長板４ｂを位相角４５°に設定すると、ビームα，βは光量差のない状態に調整される。このとき、光量の大きい半導体レーザ３ａのビームαがビームスプリッタ５を透過した後の透過率はほぼ７０％である。また、この場合、半導体レーザ３ａ，３ｂの出力を高めてそれぞれの光量を増大させることで、光量差がなくなるとともにドループ特性の影響を緩和することができる。

１／２波長板４ａ，４ｂは、図３に示すように、ホルダ４１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１／２波長板４ａ，４ｂは、ホルダ４１の側部に設けたブラケット４２に取り付けた調整ねじ４３が座部２２に当接することで回転角度が０°又は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４３を回転させて１／２波長板４ａ，４ｂの回転角度を調整し、光量の相対差を補正する。

１／２波長板の一つは位相角がほぼ４５°で、いま一つは位相角がほぼ０°に設定され、いずれか一方の１／２波長板が回転調整可能であってもよい。即ち、透過側又は反射側いずれか一方の半導体レーザの出力（光量）が予め判別できていれば、１／２波長板の一つは位相角をほぼ４５°に設定し、いま一つは位相角をほぼ０°に設定し、出力の大きいほうの半導体レーザに対して設けた１／２波長板を透過率が小さくなるように回転調整すればよい。それぞれの１／２波長板をその位相角が透過率の高い状態に初期設定しておくことで、調整の範囲が広くなる。

また、回転しないように設定された１／２波長板は所定の回転角度に設定してもよい。即ち、二つの半導体レーザの出力（光量）のばらつきが予め判別されていない場合は、透過側又は反射側いずれか一方の１／２波長板をビームスプリッタ５を透過した後の透過率が低下する方向に想定されるばらつき量に相当する角度だけ回転位置を固定しておき、他方の１／２波長板にて両者の光量差が解消するように回転調整する。回転位置を固定する側が光量の小さい半導体レーザであれば、ビームスプリッタ５を透過した後の光量低下は倍になるが、調整工数が低下する。

また、１／２波長板の一つは位相角がほぼ４５°で、いま一つは位相角がほぼ０°に設定され、双方の１／２波長板が回転調整可能であってもよい。即ち、二つの半導体レーザの出力（光量）のばらつきが予め判別されていない場合で、半導体レーザを走査光学装置１に組み付けた後に以下に説明するビーム強度測定用センサ９１で光量のばらつきを測定する場合、透過側の１／２波長板を位相角０°に、反射側の１／２波長板を位相角４５°に初期設定し、双方の１／２波長板を回転調整してもよい。

あるいは、１／２波長板の一つは位相角がほぼ４５°に、いま一つは位相角がほぼ０°に初期設定されており、いずれか一方を初期設定角度から所定角度に回転させた後に固定し、他方を回転調整するようにしてもよい。半導体レーザのドループ特性による影響をできるだけ解消するには、半導体レーザを高出力で使用することが好ましい。この場合は、ビームスプリッタ５を透過した後の透過率が小さくなるように１／２波長板の位相角を調整し、二つの半導体レーザの結合効率差による出力のばらつきの解消と、絶対光量の双方を調整すればよい。具体的には、ビーム強度測定用センサ９１で光量のばらつきを測定した後、ビーム強度の小さい半導体レーザの１／２波長板を所望の光量になるように回転調整して固定し、いま一つの半導体レーザのビーム強度が先に調整された半導体レーザのビーム強度と同じになるように１／２波長板を回転調整して固定する。その後、絶対光量を高く設定する。

（第２実施例、図８及び図９参照）
図８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をビームスプリッタ５のビーム進行方向ｘの下流側に配置したものである。具体的には、ＮＤフィルタ９はアパーチャ７の下流側に配置されている。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。

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。

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９参照）は、ＮＤフィルタ９とアパーチャ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とアパーチャ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。

なお、ビームα、βの強度を測定するセンサを半導体レーザ３ａ，３ｂのレーザビーム出射部直後に設けてもよい。この場合も、センサの保持部をハウジングに設けてもよい。

（第３実施例、図１０参照）
図１０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。

（第４実施例、図１１参照）
図１１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、二つの半導体レーザ３ａ，３ｂやビームスプリッタ５、コリメータレンズ６を含む前述の光源ブロックに加えて、二つの半導体レーザ３ｃ，３ｄ、１／２波長板４ｃ，４ｄやビームスプリッタ５、コリメータレンズ６を含む光源ブロックを設けたものである。さらに、各コリメータレンズ６の下流側に、接合面に偏光膜を有していないビームスプリッタ５０が配置されている。

各光源ブロックの構成は図１に示した前記第１実施例と同様である。各半導体レーザ３ａ〜３ｄから射出された計４本のビームは、ビームスプリッタ５０によって同一方向に合成され、副走査方向に所定の間隔を保持して感光体ドラム上を照射し、１走査で４本のラインを描画する。

なお、本第４実施例にあっては、２×Ｎ個（但し、Ｎは整数）の半導体レーザを備えたマルチビームで描画するレーザ走査光学装置として構成することができる。

（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。

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。

本発明に係るレーザ走査光学装置の第１実施例を示す平面図である。 前記第１実施例の光源部を示す斜視図である。 １／２波長板の取付け状態を示す立面図である。 １／２波長板及びビーム合成素子の作用を説明する斜視図である。 ビーム合成素子でのビームの透過／反射状態を示す斜視図である。 １／２波長板の位相角に対するビーム透過率の変化を示すグラフである。 図６と同じグラフであり、調整例を示している。 本発明に係るレーザ走査光学装置の第２実施例の光源部を示す平面図である。 前記第２実施例における測定用センサとその保持部を示す斜視図である。 本発明に係るレーザ走査光学装置の第３実施例の光源部を示す斜視図である。 本発明に係るレーザ走査光学装置の第４実施例の光源部を示す平面図である。

符号の説明

１…レーザ走査光学装置
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ…光源部
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ…半導体レーザ
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…１／２波長板
５，５０…ビームスプリッタ
５ａ…接合面
６，６ａ，６ｂ…コリメータレンズ
９…ＮＤフィルタ
２０…ハウジング
２３…保持部
４１…ホルダ
９１…ビーム強度測定用センサ
α，β，β’…ビーム

Claims (10)

1. 少なくとも二つの半導体レーザから射出されたビームを、合成素子にてほぼ同じ方向に合成するとともに、集光素子にて集光し、被走査面上を一方向に走査するレーザ走査光学装置において、
   前記半導体レーザと前記合成素子との間に、ビームの透過率を調整するための１／２波長板を配置し、
   前記合成素子はその接合面に偏光膜を有していること、
   を特徴とするレーザ走査光学装置。
2. 前記１／２波長板の一つは位相角がほぼ４５°で、いま一つは位相角がほぼ０°に設定され、いずれか一方の１／２波長板が回転調整可能であること、を特徴とする請求項１に記載のレーザ走査光学装置。
3. 回転しないように設定された他方の１／２波長板は所定の回転角度に設定されていることを特徴とする請求項２に記載のレーザ走査光学装置。
4. 前記１／２波長板の一つは位相角がほぼ４５°で、いま一つは位相角がほぼ０°に設定され、双方の１／２波長板が回転調整可能であること、を特徴とする請求項１に記載のレーザ走査光学装置。
5. 前記１／２波長板の一つは位相角がほぼ４５°に、いま一つは位相角がほぼ０°に初期設定されており、いずれか一方を初期設定角度から所定角度に回転させた後に固定し、他方を回転調整すること、を特徴とする請求項１に記載のレーザ走査光学装置。
6. 前記１／２波長板は外周がほぼ円形をなすホルダに固定されており、該ホルダは光軸に対して回転可能に設定されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のレーザ走査光学装置。
7. 前記合成素子から射出されるビームは、楕円形状の長軸方向がほぼ一致していること、を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のレーザ走査光学装置。
8. ２×Ｎ個（但し、Ｎは整数）の半導体レーザを備えるとともに２個の半導体レーザごとに一つの前記合成素子を備え、さらに、該合成素子から射出したビームを接合面に偏光膜を有していない第２の合成素子にてほぼ同じ方向に合成すること、を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のレーザ走査光学装置。
9. ＮＤフィルタが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ていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のレーザ走査光学装置。
10. 前記合成素子と前記ＮＤフィルタ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ることを特徴とする請求項９に記載のレーザ走査光学装置。

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