JP5012367B2 - レーザ走査光学装置 - Google Patents

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。

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、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。

以上の目的を達成するため、本発明に係る第１の形態であ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１／２波長板と、
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偏光フィルタと、
を備え、
前記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ること、
を備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る第２の形態であ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、
前記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たＮＤフィルタと、
前記透過率調整素子と前記ＮＤフィルタとの間に配置された、ビーム強度測定用センサが着脱される保持部と、
を備えたことを特徴とする。

本発明に係るレーザ走査光学装置においては、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、単一の偏光フィルタ（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。偏光フィルタ（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、偏向フィルタ（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。

本発明に係るレーザ走査光学装置において、偏光フィルタ（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、偏光フィルタ（透過率調整素子）の位置を比較的自由に設定できる。

また、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。

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おり、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るため、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

（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。

（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。 前記光源部を示す平面図である。 偏光フィルタの説明図である。 前記偏光フィルタの取付け状態を示す立面図である。 偏光フィルタの回転角度に対するビームの透過率の変化を示すグラフである。 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，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

Claims (6)

1. 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１／２波長板と、
   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偏光フィルタと、
   を備え、
   前記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ること、
   を特徴とするレーザ走査光学装置。
2. 前記偏光フィルタは前記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を特徴とする請求項１に記載のレーザ走査光学装置。
3. 前記偏光フィルタの光軸を中心とする回転角度の初期値が設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ走査光学装置。
4. ＮＤフィルタが前記偏光フィルタ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３のいずれかに記載のレーザ走査光学装置。
5. 前記偏光フィルタと前記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４に記載のレーザ走査光学装置。
6. 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、
   前記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たＮＤフィルタと、
   前記透過率調整素子と前記ＮＤフィルタとの間に配置された、ビーム強度測定用センサが着脱される保持部と、
   を備えたことを特徴とするレーザ走査光学装置。

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