JP3515641B2 - レーザビーム走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザビームを走査して
描画を行うための装置に関し、特に光ファイバを利用し
たレーザビーム走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から提供されているレーザビーム走
査装置は、レーザ光源から射出されるレーザビームをポ
リゴンミラーにより反射させ、かつ同時にポリゴンミラ
ーを回転駆動することで、感光体の主走査方向に走査す
る構成とされている。また、この走査方向と垂直な方向
に感光体を移動することで副走査が行われる。近年、描
画の高速化が要求されており、このために複数のレーザ
ビームを副走査方向に並べた状態で同時に主走査するレ
ーザビーム走査装置が提案されている。このようなレー
ザビーム装置として、本発明者が検討している装置の概
略構成を図２に示す。

【０００３】同図において、１はレーザビーム走査装置
のハウジングであり、その内部には６枚のミラーを円周
方向に配置した六角形のポリゴンミラー２を図外のモー
タによりその回転軸２ａの回りに高速回転可能に設けて
いる。このポリゴンミラー２に対向する一側位置にはレ
ーザビーム投射窓３が設けられ、ここに光ファイバ光学
系１０を構成する複数本の光ファイバ１１の各光導出端
１１ａに接続されるコリメートレンズ（図示せず）を内
蔵した光射出ユニット１２がコリメートレンズ７を介し
て配置される。また、ポリゴンミラー２に対向する他側
位置には結像レンズとしての所謂ｆθレンズ４が配置さ
れ、ポリゴンミラー２で反射されたレーザビームＬＢは
ポリゴンミラー２の回転軸２ａとは垂直方向に回転駆動
される感光ドラム５の表面に結像される。前記光ファイ
バ光学系１０は、この例では４本の光ファイバ１１で構
成され、各光ファイバ１１の前記した光導出端１１ａは
ポリゴンミラー２の回転軸２ａの軸方向に対し所定の間
隔が得られるように略回転方向に並んだ状態で配置され
る。また、各光ファイバ１１の反対側の光導入端１１ｂ
にはそれぞれレーザビームを発生するレーザダイオード
１４を有する光源部１３が接続される。

【０００４】したがって、このように構成することによ
り、各レーザダイオード１４で発生された光はそれぞれ
光ファイバ１１内を伝送され、各光導出端から射出さ
れ、光射出ユニット１２のコリメートレンズにより平行
光束のレーザビームＬＢとされてポリゴンミラー２に投
射され、さらに、ポリゴンミラー２で反射され、ｆθレ
ンズ４によって感光ドラム５の表面に結像される。この
とき、ポリゴンミラー２の回転により感光ドラム５の回
転軸方向、即ち主走査方向に走査されるものであること
は言うまでもない。そして、このレーザビーム走査装置
では、４本のレーザビームはポリゴンミラー２の回転軸
２ａの方向に対して所定の間隔が得られるように並んで
配列された状態でポリゴンミラー２で反射されるため、
感光ドラム５に対して副走査方向に並んで走査され、こ
れにより複数ラインの描画走査が行われる。また、この
とき主走査されるレーザビームは走査タイミング検出部
６で受光され、このタイミング検出部６から出力される
タイミング信号により各レーザビームの走査タイミング
（同期）制御が行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようなレーザビー
ム走査装置では、光ファイバ１１の光導出端１１ａから
導出されるレーザビームの広がり角度は極めて狭いもの
であるため、ｆθレンズ４における解像度を高めるべく
そのＮＡ（開口数）を大きくするためには、光射出ユニ
ット１２内のコリメートレンズの焦点距離を長くする必
要がある。しかしながら、コリメートレンズの焦点距離
を長くすると、コリメートレンズとｆθレンズ４で構成
されるレンズ光学系の倍率が小さくなるため、感光ドラ
ム５に結像されるレーザビーム径が小さくなるととも
に、配列された各光ファイバからのレーザビームＬＢの
配列ピッチも小さくなる。

【０００６】このため、各レーザビームのタイミングを
とるための走査タイミング検出部６では、各光ファイバ
からのレーザビームを受光してタイミング検出を行って
いるが、各レーザビームの配列ピッチが小さくなり、タ
イミング検出部に入射するレーザビームの時間的なずれ
が小さくなると、各レーザビームを独立したビームとし
て検出することが困難になり、そのため各レーザビーム
の主走査のタイミングをとることが困難になる。

【０００７】また、複数本の光ファイバ１１の光導出端
１１ａを所定のピッチで配列するためには、光ファイバ
を保持するホルダに複数本の挿通穴や溝を高精度に加工
し、これらの挿通穴や溝に光ファイバの光導出端１１ａ
を保持させる必要がある。このため、ホルダの加工が難
しく、また加工精度が低い場合には配列ピッチに誤差が
生じ、描画精度が低下されるという問題が生じることに
なる。

【０００８】

【発明の目的】本発明の目的は、このような複数のレー
ザビームを同時走査する場合に、結像レンズにおける解
像度を大きくして走査されるレーザビーム径を縮小する
一方で、各レーザビームのタイミング検出を可能にし、
かつ描画精度を高めたレーザビーム走査装置を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザビーム走
査装置は、複数のレーザ源で発生されるレーザ光をそれ
ぞれ走査機構にまで導く複数本の光ファイバの各隣接す
る間にダミー光ファイバが密接状態に介在されて配列支
持されることを特徴とする。

【００１０】ここで、光ファイバが偶数本の場合には、
その配列方向の中心に配置されるダミーファイバを光軸
位置決め用の光ファイバとして構成することが好まし
い。また、光ファイバの配列方向を、レーザビームの主
走査方向に対して斜め方向に設定することで副走査方向
に高い印字密度が得られる。特に、複数の光ファイバか
らそれぞれ射出されるレーザビームを検出して各レーザ
ビームの走査タイミング信号を出力するタイミング検出
部を備えるレーザビーム走査装置に適用して有効であ
る。

【００１１】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明を図２に示したレーザビーム走査装置
に適用した場合の光ファイバ光学系の構成を示す全体構
成図である。すなわち、図２に示したように、ハウジン
グ１内に六角形のポリゴンミラー２を図示の水平方向に
回転可能に設け、このポリゴンミラー２に対して光ファ
イバ光学系１０からのレーザビームＬＢをシリンドリカ
ルレンズ７を通して投射させ、かつポリゴンミラー２で
反射されたレーザビームをｆθレンズ４を通して感光ド
ラム５の表面に結像させ、かつポリゴンミラー２の回転
動作によってレーザビームＬＢを主走査するように構成
される。

【００１２】そして、図１に示すように、レーザビーム
ＬＢを発生させるための４つのレーザダイオード１４
（１４Ａ〜１４Ｄ）を有する光源部１３を前記ハウジン
グ１とは別体に設け、各レーザダイオードで発生された
レーザ光をそれぞれ前記光ファイバ光学系１０の４本の
光ファイバ１１（１１Ａ〜１１Ｄ）を通してハウジング
１内にまで導き、光射出ユニット１２のコリメートレン
ズを通した上でポリゴンミラー２に対して投射させるよ
うに構成している。このようにすれば、光源部１３をハ
ウジング１内に配設することが不要となり、ハウジング
の小型化が可能となり、かつ設計の自由度が高められ
る。

【００１３】図３（ａ）に前記光源部１３の一部を分解
した斜視図を示すように、前記４つのレーザダイオード
１４は、１枚のベース１５上に並んで搭載された４つの
光源ユニット本体１６（１６Ａ〜１６Ｄ）に設けられた
円形の支持穴内に光源ホルダ１９（１０Ａ〜１９Ｄ）を
介して挿入され、かつ固定支持されている。図３（ｂ）
はその断面構造を示しており、前記各レーザダイオード
１４はカップリングレンズ１８と共に円筒状をした前記
光源ホルダ１９内に固定支持されており、この光源ホル
ダ１９が前記光源ユニット本体１６に設けた円形の支持
穴１６ａの一端部から挿入され、かつ固定される。ま
た、前記光源ユニット本体１６の他側部には前記４本の
光ファイバ１１の光導入端１１ｂを保持した光ファイバ
ホルダ１７が挿入され、かつ固定される。これにより、
各光ファイバ１１の光導入端１１ｂはそれぞれカップリ
ングレンズ１８を介して各レーザダイオード１４に対向
配置され、レーザダイオード１４で発生されたレーザ光
が光ファイバ１１内に導入される。

【００１４】一方、前記４本の光ファイバの光導出端
は、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）にその部分分解斜視
図、その一部の拡大斜視図、断面図を示すように、光射
出ユニット１２により前記ハウジング１のレーザビーム
投射窓３に固定支持される。前記光射出ユニット１２の
光射出ユニット本体２０は円筒状に形成されており、こ
の光射出ユニット本体２０の一端部に光射出側ホルダ２
１により各光ファイバ１１の光導出端１１ａが内挿支持
され、かつ他端部にコリメートレンズ２２が内挿支持さ
れる。前記光射出側ホルダ２１は、円柱状に形成されて
おり、その径方向には光ファイバを挿通可能な間隙寸法
を有するスリット状の光ファイバ支持溝２３が軸方向に
貫通形成されている。そして、この光ファイバ支持溝２
３には前記４本の各光ファイバ１１（１１Ａ〜１１Ｄ）
の光導出端１１ａが径方向に所定のピッチで配列された
状態で挿入され、かつ固定される。

【００１５】ここで、前記４本の光ファイバ１１は、前
記光ファイバ支持溝２３内において配列される方向の各
光ファイバ間にそれぞれダミーの光ファイバ２４（２４
Ａ〜２４Ｃ）を挟んだ状態で、しかも光ファイバ支持溝
２３の長手方向にそれぞれが密接された状態で配列さ
れ、接着剤等により光ファイバ支持溝２３内に固定支持
される。前記ダミー光ファイバ２４は、前記４本の光フ
ァイバ１１と同じ光ファイバを適宜な長さに切断して光
ファイバ支持溝２３内に挿入している。ただし、この実
施例では、中央の２本の光ファイバ１１Ｂ，１１Ｃの間
に配置されるダミー光ファイバ２４Ｂ、すなわち前記４
本の光ファイバ１１の配列方向の中心に位置されるダミ
ー光ファイバ２４Ｂは前記各光ファイバ１１と同程度に
長く形成し、その先端部を光導入端として構成し、図１
及び図３に示されるような光軸調整用光源３０に接続可
能な構成とされている。この光軸調整用光源３０は、こ
こでは前記レーザダイオード１４で構成される光源部１
３と同様に、ユニット本体３１、レーザダイオード３
２、光源ホルダ３３、ダミー光ファイバホルダ３４とで
構成されており、光軸調整時にのみレーザダイオード３
２を駆動してレーザ光を発生し、このレーザ光を前記中
心ダミー光ファイバ２４Ｂ内に光を導入させるように構
成される。

【００１６】そして、前記光射出側ホルダ２１は、図５
に示すように、光ファイバ支持溝２３の長手方向が前記
ポリゴンミラー２の回転方向に対してやや傾斜された状
態で前記光射出ユニット本体２０内に挿入され、かつ固
定される。これにより、前記４本の各光ファイバ１１と
ダミー光ファイバ２４とはレーザビームＬＢの主走査方
向Ｘに対して斜め方向に配列される。このとき、各光フ
ァイバ１１はそれぞれの中心位置が、主走査方向Ｘと垂
直な方向（副走査方向Ｙ）に対しては光ファイバ径より
も小さいピッチ寸法ｐで配列されるように、その斜め角
度位置が設定される。

【００１７】このように構成された本実施例のレーザビ
ーム走査装置によれば、光源部１３において４つのレー
ザダイオード１４で発生されたレーザ光はそれぞれカッ
プリングレンズ１８を通して４本の各光ファイバの光導
入端１１ｂから光ファイバ１１内に導入され、光ファイ
バ１１内を伝送されて光導出端１１ａから射出され、コ
リメートレンズ２２で平行光束とされたレーザビームＬ
Ｂとしてポリゴンミラー２に投射される。そして、各レ
ーザビームはポリゴンミラー２で反射され、ｆθレンズ
４により感光ドラム５の感光面に結像され、かつポリゴ
ンミラー２の回転に伴って感光面上を主走査方向に走査
される。このとき、４本の光ファイバからそれぞれ射出
されるレーザビームは光束の広がり角が狭いため、コリ
メートレンズ２２の焦点距離を長くしてｆθレンズ４の
ＮＡを大きく設定しており、そのために、光導出端と感
光面の結像倍率が低くなってしまう。

【００１８】しかし、前記コリメートレンズ２２とｆθ
レンズ４からなるレンズ光学系の結像倍率が下がって
も、各光ファイバ１１は光導出端１１ａでは光射出側ホ
ルダ２１においてダミー光ファイバ２４を間に挟んで配
列されているため、主走査方向におけるレーザビームの
ピッチは、単に光ファイバ１１を密接配列した場合の２
倍とすることができる。したがって、図５にタイミング
波形を示すように、走査タイミング検出部６において検
出する各光ファイバ１１Ａ〜１１Ｄからのレーザビーム
の時間的な間隔を拡大し、各レーザビームを独立したレ
ーザビームとして検出することが可能となり、これから
各レーザビームの走査タイミングを検出することが可能
となる。

【００１９】一方、このように、各光ファイバ１１間に
ダミー光ファイバ２４を介在させても、光ファイバ支持
溝２３を適宜に傾斜させることで、副走査方向Ｙの各レ
ーザビームＬＢのピッチ寸法ｐを任意に設定することが
できるため、各レーザビームＬＢの間隔を調整し、各レ
ーザビームで描画される描画ラインＬＡ〜ＬＤ（図５で
は各ラインの中心軌跡を示している）のピッチ間隔を調
整し、描画精度を高めることが可能となる。この場合、
４本の光ファイバ１１間に介在させるダミー光ファイバ
２４を全て同じ光ファイバで構成することで、各光ファ
イバ１１間の配列ピッチを高精度に等しくすることがで
きる。また、ダミー光ファイバ２４を光ファイバ１１と
同じ光ファイバで構成することで、各光ファイバ１１の
配列ピッチを正確に光ファイバ１１径の２倍にすること
ができる。

【００２０】また、図５のように、４本の光ファイバ１
１の各レーザビームの４本の描画ラインＬＡ〜ＬＤの中
心位置、換言すれば４つのレーザビームで構成される一
本の描画ラインの副走査方向における光軸位置ＬＯを基
準位置に設定する際には、中心に配置した中心ダミー光
ファイバ２４Ｂの光導入端に設けたダミー光ファイバホ
ルダ３４を前記光軸調整用光源３０のユニット本体３１
に接続し、レーザダイオード３２を発光させる。このと
き、４本の光ファイバ１１の各レーザダイオード１４は
発光を停止させる。これにより、中心ダミー光ファイバ
２４Ｂの光導出端からのみレーザビームが射出されるた
め、このレーザビームを利用することで前記画像ライン
の光軸位置の設定を行うことができる。また、この中心
ダミー光ファイバ２４Ｂからのレーザビームを利用する
ことで、画像ラインの平均化されたタイミング設定を行
うことも可能である。なお、これらの設定が完了した後
は、光軸調整用光源３０から外し、或いはそのレーザダ
イオード３２の発光を停止させる。

【００２１】なお、前記実施例では光ファイバが偶数本
の場合の例を示したが、奇数本の光ファイバで構成され
る場合にも、各光ファイバ間にダミー光ファイバを挟ん
で配列を行えば、高い精度のピッチで配列される光ファ
イバ列を容易に構成することができる。ただし、この場
合には、描画ラインの光軸位置の設定は中心位置の光フ
ァイバで行うことは詳細に説明するまでもない。また、
必要に応じて、各光ファイバの間に２本以上のダミー光
ファイバを挟んで配列を行うことで、光ファイバの配列
ピッチをさらに大きく設定することが可能である。

【００２２】また、光出力側ホルダを光出力側支持本体
に固定する際の軸回り方向の角度位置を適宜に変更する
ことで、主走査方向と副走査方向における光ファイバ、
すなわちレーザビームの配列ピッチを任意に変化調整す
ることが可能である。さらに、光軸調整用光源を独立し
て設けることなく、光ファイバ用の光源の一部に中心ダ
ミー光ファイバを接続して光軸調整を行うようにしても
よい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、複数のレ
ーザ源で発生されるレーザ光をそれぞれ走査機構にまで
導く複数本の光ファイバの各隣接する間にダミー光ファ
イバを密着状態に介挿して配列支持しているので、走査
機構の結像レンズのＮＡを大きくして結像ビーム径を縮
小し、微細な描画を可能にする一方で、各レーザビーム
の間隔を適宜に確保してその走査タイミングを確実に検
出することができ、しかも描画ラインを任意のピッチ寸
法に設計して描画精度を高めることができる効果があ
る。

【００２４】また、光ファイバと同じ光ファイバを利用
してダミー光ファイバを構成することで、各光ファイバ
の間隔を均等なものにでき、しかも各光ファイバの間隔
を光ファイバの径寸法の整数倍で高精度に設定すること
ができる。

【００２５】さらに、光ファイバが偶数本の場合に、そ
の配列方向の中心に配置されるダミーファイバを光軸位
置決め用の光ファイバとして構成することにより、複数
本の光ファイバで構成されるレーザビーム帯の中心位置
を正確に設定することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における光ファイバ光学系の構成を示す
概略斜視図である。

【図２】本発明が適用されるレーザビーム走査装置の一
例の概略斜視図である。

【図３】光ファイバに接続される光源部の部分分解斜視
図及び断面図である。

【図４】光ファイバに接続される出力ユニット本体の部
分分解斜視図、要部の斜視図、及び断面図である。

【図５】光ファイバ光学系における光ファイバの配列状
態とその走査ビーム状態を示す図である。

【符号の説明】

２ ポリゴンミラー ４ ｆθレンズ（結像レンズ） ５ 感光ドラム ６ 走査タイミング検出部 １０ 光ファイバ光学系 １１ 光ファイバ １２ 光射出ユニット １３ 光源部 １４ レーザダイオード ２２ コンデンサレンズ ２４ ダミー光ファイバ ３０ 光軸調整用光源

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のレーザ源で発生されるレーザ光を
   それぞれ光ファイバに導き、これら複数の光ファイバか
   ら射出されるレーザビームを走査して描画を行う構成の
   レーザビーム走査装置において、前記各光ファイバは、
   少なくとも光導出端において隣接する光ファイバ間にダ
   ミー光ファイバが密接状態に介在されて配列支持される
   ことを特徴とするレーザビーム走査装置。
2. 【請求項２】 光ファイバが偶数本であり、その配列方
   向の中心に配置されるダミーファイバを光軸位置決め用
   の光ファイバとして構成してなる請求項１のレーザビー
   ム走査装置。
3. 【請求項３】光ファイバの配列方向を、レーザビームの
   主走査方向に対して斜め方向に設定する請求項１または
   ２のレーザビーム走査装置。
4. 【請求項４】複数のレーザ源と、各レーザ源で発生され
   るレーザ光をそれぞれ導く光ファイバと、各光ファイバ
   から導出されるレーザビームを収束させるコリメートレ
   ンズと、コリメートレンズで収束されたレーザビームを
   反射する複数の反射面を備えて回転軸回りに回転動作さ
   れるポリゴンミラーと、ポリゴンミラーで反射されたレ
   ーザビームを感光面に結像するｆθレンズとを備えるレ
   ーザビーム走査装置において、前記複数本の光ファイバ
   を直線状態に並列配置し、かつ各光ファイバの間に１本
   以上のダミー光ファイバを密着状態に介在させたことを
   特徴とするレーザビーム走査装置。
5. 【請求項５】複数の光ファイバからそれぞれ射出される
   レーザビームを検出して各レーザビームの走査タイミン
   グ信号を出力するタイミング検出部を備える請求項４の
   レーザビーム走査装置。