JPH04104216A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は光走査装置に係り、特に情報印刷装置用のレー
ザプリンタ等の電子写真印刷装置に好適な光走査装置に
関する。

〔発明の背景〕

情報処理技術の高度化による印刷様態の多様化に対応し
て、ドツト表現の際に同一プリンタ装置内で印刷ドツト
密度が変換できる機能が必要となってきている。このた
めには、記録ドツト径の変換が必要である。レーザビー
ムプリンタの場合。

記録ドツト径を変化させる手段として、走査レーザビー
ムパワーを変化させる方式が公知である。

例えば、特公昭５８−４０７４２号では、記録ドツト径
を変化させるのに、レーザ発振器からの出力ビーム光路
中に光学フィルターを配置して光量を調整している。こ
の方式を用いる場合、所定の印刷濃度を得るための感光
ドラム面上での適正露光量、および印刷開始位置決定用
センサへの適正露光量等を考慮すると、良好印刷品質を
保持できる光量の変化範囲は限られるという問題点があ
る、また、特開昭６１−６６４６５号では、半導体レー
ザの即動電流の調整によりビームパワーを変化させ、記
録ドツト径を変化させている。この場合には前記問題点
の他に、駆動電流の調整では、温度変化に伴なう半導体
レーザ発振しきい値電流の変化により、ビームパワーが
変化してしまい、記録ドツト径は安定しないという問題
点がある。

また、駆動電流と記録ドツト径がほぼ比例して変化する
のは、太いビームを低いパワーで使用する場合にあたり
、記録ドツト径の安定性の他、鮮鋭度の点でも問題があ
る。さらに、記録ドツト径を広範囲に変化させる必要が
ある場合を考慮すると、前記比例関係は成立せず、記録
ドツト径を増大させるに従い駆動電流を急激に増加させ
なければならないことは、レーザビームの強度がガウス
分布していることから容易に推測される。

また、記録ドツト径を変化させる他の手段として、複数
ビームを合成させる方式が公知である。

例えば、特開昭５７−１６４７５９では、アレイレーザ
を用いているが、複数ビームを用いるため実装が複雑に
なる。

また、記録ドツト径を変化させる他の手段として、ビー
ム光束中に絞りを設けて走査面上でのビーム径を変化さ
せる方式が公知である。例えば、特開昭６３−３ｉ２７
０では、回転多面鏡の光源側に径の異なる複数個の開孔
を持った板を挿入している。この場合には、ビームの中
心と各開孔の中心を一致させなければならないこと、お
よびビームの一部がけられることによりパワーが損失し
、かつ回折パターンが生じることが問題である。

特開昭６２−２７５２１４では、電気光学スイッチアレ
イと偏光板により、ビーム光束径を変化させているが素
子が高価である。

また、記録ドツト径を変える他の手段として、走査面上
でのビーム径が異なる複数の光路を設けて、切り換えに
よりそのうちの一つの光路を用いる方式が公知である０
例えばＵＳＰ４，５３９，４７８号、ｔＪｓＰ４，６４
２，７０１号があるが、いずれも複数の光路を設けるた
め実装が複雑になる。

また、記録ドツト径を変える他の手段として、光路中の
レンズを光軸方向に移動させて、走査面上でのビーム径
を変化させる方式が公知である。

例えばＵＳＰ４，６５１，１６９号があるが、この場合
にはレンズの移動距離および光軸位置に関して高い精度
が要求されるため、簡便な機構での対応は困難である。

〔発明の目的〕

このような従来技術の欠点をなくシ、簡便な機構で記録
ドツト径を広範囲にわたり変化させることが可能な走査
光学系を実現するのが本発明の目的である。

〔発明の概要〕

本発明は、ビームが結像する位置が走査面と離れるに従
って走査面上でのビーム（以下スポットと称す）径は大
きくなること、収束または発散ビームの光路中に配置さ
れたレンズ系の光学的距離を変化させることにより結像
される位置が変化すること、およびレンズ系の位置を変
化させなくても光路中に平行平面板を挿入することによ
り光学的距離を変化させられることに着目し、スポット
径を変化させるものである。

〔発明の実施例〕

第１図に本発明をレーザプリンタに適用した場合、の実
施例を示す０図において１は光源、２はコリメータレン
ズ、３はシリンドリカルレンズ、４は回転多面鏡、５は
Ｆθレンズ、６は感光ドラム、７はビーム、８は平行平
面板である。

光源１から出射されたビーム７は、コリメータレンズ２
によって平行ビームとなり、シリンドリカルレンズ３に
よって走査垂直方向のみ絞られ、回転多面鏡４の反射面
近傍に線像を形成する。そしてＦθレンズ５はアナモフ
ィックな非球面レンズであり、走査方向は無限遠と感光
ドラム面、走査垂直方向は回転多面鏡の反射面近傍と感
光ドラム面がそれぞれ光学的共役関係になるように配置
されている。従って、回転多面鏡の反射面近傍の線像は
感光ドラム面上に結像される。収束または発散ビームの
光路中に平行平面板８を挿入することにより感光ドラム
面上のスポット径を変化させられるが、本実施例におい
てはシリンドリカルレンズと回転多面鏡の間に挿入する
場合を示している。

ビームスポット径の切替は、通常、レーザプリンタの制
御装置からの記録ドツト密度切替指令（例えば２４０ｄ
ｐｉ→４８０ｄｐｉ）に応じて行なわれる。

半導体レーザ等の光源１に対し、希望する記録ドツト密
度に対応した新たな変調周波数が印加される。又、回転
多面鏡４の回転数もドツト密度の増加に応じて増加する
。

第２図に平行平面板の挿入による像点位置の変化を示す
１図において８は平行平面板、２２．２３は平行平面板
を挿入しない場合の光線および回転多面鏡反射面近傍の
像点、２４．２５は平行平面板を挿入した場合の光線お
よび回転多面鏡反射近傍の像点、３はシリンドリカルレ
ンズ（平凸）である、シリンドリカルレンズ３を通過し
た高さｈの近軸光線は、光軸とＵなる角度をなして進み
、光軸と像点２３で交わる。ここでシリンドリカルレン
ズから像点２３までの距離Ｓ　１　’は（１）式で与え
られる。

Ｓ工’＝ｈ／ｕ・・・・・・（１） ここで、屈折率ｎ、厚さｔの平行平面板８を挿入すると
光線は２４のように進み、光軸とは像点２５で交わる。

平行平面板内部では光線は光軸とｕ　／　ｈなる角度を
なして進むことを考慮すると、平行平面板透過直後の光
ｌｌＡ２２と光線２４の高さの差δｈは（２）式で与え
られる。

δｈ＝ｕ　ｔ　（１−１／ｎ）−−（２）像点２３．２
５の距離をδＳ工′とすると、（１）、（２）式により
（３）式が導かれる。

δＳ１′＝δｈ　／　ｕ ＝ｔ（１−１／ｎ）・・・・・・（３）屈折率ｎ、厚さ
ｔの平行平面板を収束ビームの光路中に挿入することに
より、像点位置がｔ（１−１／ｎ）だけ変化する。

第３図に平行平面板の挿入によるドラム面上像点位置の
変化を示す０図において５はＦθレンズ６は感光ドラム
、８は平行平面板、２２．２３３１は平行平面板を挿入
しない場合の光線、回転多面鏡近傍の像点および感光ド
ラム面近傍の像点、２４．２５．３２は平行平面板を挿
入した場合の光線、回転多面鏡近傍の像点および感光ド
ラム面近傍の像点である。平行平面板を挿入しない場合
は、光線２２のように進み感光ドラム面上に結像される
。ここでＦθレンズから像点２３および像点３１までの
距離をそれぞれＳ、（−）およびＳ　２＋　とし、Ｆθ
レンズのパワーをψとすると（４）が成り立つ。

１／Ｓｚ’　＝１／Ｓ、＋ψ＝−・−（４）但し、ここ
ではＦθレンズは薄肉レンズで近似している。平行平面
板を挿入すると、回転多面鏡反射面近傍の像点位置はδ
Ｓ□′だけ変化するため、ドラム面上像点３１はδＳ　
、　ｌだけ位置が変化して像点３２に移る。この場合に
は（５）式が成りたつ。

１／（Ｓ、’＋δＳ２’　）＝　１／　（Ｓ、＋δＳ０
′）÷ψ・・・・・・・　（５）（４）、（５）式から
δＳ２′について解くと（６）式になる。

レーザビームは通常、断面の強度分布が（７）式で示さ
れるようなガウスビームである。

Ｉ　（ｘ）＝　Ｉ、ｅ　ｘ　ｐ　（−２（ｘ／　ｒ、）
ｔ）−・・（７）半径はガウスビームにおいて強度がビ
ーム中心の１／ｅ２になるビーム中心からの距離で定義
される。ビームウェストでのスポット半径をｒＯとすれ
ば、ビームウェストからζＳｔ２だけずれた位置でのス
ポット半径ｒ１は（８）式で与えられる。

ｒ、＝ｒ０１＋（λδＳ２’　／ｘ　ｒ、２）　２・−
・・（８）ここでλは波長である。また、ビームウェス
トとはガウスビームのスポット半径が最小となる光軸上
の点である。ビームウェスト近傍においては、光軸上で
の強度工。′とスポット半径ｒに（９）式の関係がある
とする。

Ｉｏ’ｒ＝ｃ　ｏ　ｎ　ｓ　ｔ　　　　　　−・・（９
）（７）〜（９）式により、ビームウェストから微少量
δＳ　、　ｌだけずれた位置での強度分布工′（ｘ）は
（１０）で与えられる。

１’　（ｘ）：Ｉ。（ｒｏ／ｒｚ）ｅｘｐ（−２（ｘ／
ｒ１）”）　−（１０）ビームウェストにおけるスポッ
ト径が記録ドツト径に対応するとすれば、記録ドツト径
を決定するビーム強度しきい値ｒｔｈは（１１）式で与
えられる。

Ｉ　ｔ　ｈ＝　Ｉ−／ｅ＊・＝・＝　　（１１）この関
係を（１０）式に代入してＸについて解き。

（３）、（６）、（８）ｘ式を用いると（１２）式にな
る。

・・・・・・　（１３） 走査面上のスポット径λは（１４）式で与えられる。

δ＝２ｘ・・・・・・　（１４） （１２）〜（１４）式から分かるように、屈折率ｎ、厚
さＴの平行平面板を挿入することにより、走査スポット
径を変化させることができる。なお、ガウスビームの伝
搬については ｒＧａｕｓｓｉａｎ　Ｂｅａｍ　Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏ
ｎＪＴｈｅ　Ｂｅ１ｌ　ＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｉｃａ
ｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ、Ｆｅｂｒｕａｒｙ　（１９６６）
ｐｐ、２８７〜２９９に述べられている。

第４図は、第１図の光学系構成において、シリンドリカ
ルレンズ３の焦点距１ｔ５９ＩＩｎ１．ＦＯレンズの焦
点距１１２８０閣の場合に、屈折率１．５１、厚さ１．
１１の平行平面板を挿入したとき、ドラム面上にあった
像点位ｌが変化する様子を走査全域について示す０図に
おいて、４１は走査方向の像点位置を示し、平行平面板
の挿入に関係なく一定である。４２．４３はそれぞれ平
行平面板を挿入しない場合と挿入した場合の走査垂直方
向の像点位置を示す、また、第５図には第４図に対応す
るスポット径を示す。図において、５１は走査方向に対
する、また、５２．５３はそれぞれ平行平面板を挿入し
ない場合と挿入した場合の走査垂直方向に対するスポッ
ト径を示す。このように、平行平面板の挿入により走査
垂直方向のみスポット径が変化し、しかも走査全域にわ
たってほぼ均一である。なお、走査方向については、本
実施例では平行平面板の位置では単行ビームになってい
るのでスポット径の変化は生じないが、この場合もし走
査方向の記録ドツト径を変化させる必要があるときは、
変調時間の切替えで記録ドツト径を変化させることがで
きる。

表１は、走査垂直方向の記録ドツト径についてまとめた
ものである。さらに、平行平面板の挿入に加えて、レー
ザビームパワーを変化させる方式を併用したときの記録
ドツト径についても同様しこ示しである。これから、平
行平面板の挿入とレーザビームパワーの変化とを併用す
ることにより、より広範囲に記録ドツト径を変化させる
ことが可能となる。

表１ 平行平面板（ｔ＝１．１閣） 第７図に平行平面板駆動部の構成例を示す。

平行平面板８．平行平面ホルダ１０、および平行平面板
ホルダを駆動させるためのモータ１１で構成されており
、平行平面板ホルダは、ａおよびｂの方向に移動可能に
なっている６記録ドツト径小の場合には、ビーム７をさ
えぎらないようにａ側に移動しており、記録ドツト径大
の場合には、ｂ側に移動してビーム中に挿入される。

本発明の別の実施例を第６図に示す。この例では第１図
の光学系構成で２種類の厚さを持つ平面板を用いる。こ
れにより、平面板の挿入および引き出しにより、３通り
のドツト密度切替えに対応させることが可能である。こ
のときの記録ドツト径変化の一例を表５に示しである。

これまでの実施例では、いずれもシリンドリカルレンズ
と回転多面鏡の間に平行平面板を挿入したが１本発明の
効果は、収束または発散ビームの光路中であればいかな
る位置に平行平面板を挿入して得られるので、回転多面
鏡とＦθレンズの間に挿入しても同様の効果を得ること
ができる。また、光源とコリメータレンズの間、Ｆθレ
ンズと感光ドラムの間に挿入した場合には走査方向のス
ポット径の変化も伴なうが、走査方向の記録ドツト径は
変調時間の調整で変化させることができるので、相当の
効果を得られる径を構成することは可能である。

また、本実施例では、最大２種類の厚さについてのスポ
ット径変化を示したが、さらに多数の厚さについても適
用できることは云うまでもない。

表２ 平行平面板（ｔ＝１．１■） 〔発明の効果〕 本発明によれば、光路中に屈折率部材を設置したことに
より、走査媒体上でのスポット形状を変化させることが
できる。従って、例えばレーザビームプリンタにおいて
、印刷用紙速度を一定とすれば、所定の印刷ドツト密度
に対して走査スポット径を簡便に変更できるので、ドラ
ム面上での走査速度を適正に変化させることにより、印
刷ドツト密度を広範囲に変化させることが可能となる、
また、使用するレーザビームパワーも安定印刷が可能な
領域のみを選択でき、常に良好な印刷品質を実現できる
利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す模式図、第２図
および第３図は本発明の原理図、第４図は本発明の一実
施例の結像特性を示すグラフ、第５図は本発明の一実施
例のスポット径を示すグラフ、第６図は本発明の別実施
例を示す模式図、第７図は平行平面板駆動部の構成を示
す模式図である。 図において、１は光源、４は回転多面鏡、５はＦθレン
ズ、６は感光ドラム、７はビームである２画 轡 画 轡 茅 茅 づ 図 第す図 ￥″１０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源からのビームを偏向走査する光偏向手段と、該
   光偏向手段により偏向されたビームを走査媒体上に結像
   させるレンズ系を備え、光源から走査媒体に至る光路中
   に収束ビーム又は発散ビームを有する光走査装置におい
   て、前記収束ビームまたは発散ビームの光路中に屈折率
   部材を挿入して、走査媒体上でのビームスポット径を変
   化させることを特徴とする光走査装置。 ２、前記屈折率部材を、平行平面板から構成した事を特
   徴とする請求項１記載の光走査装置。 ３、切り替えるビームスポット径に応じ、複数の屈折率
   部材を設けた事を特徴とする請求項１記載の光走査装置
   。 ４、光路中に、屈折率部材を挿入し、引き出す駆動装置
   を設けた事を特徴とする請求項１記載の光走査装置。 ５、光源にレーザを用い、レーザ出力の増減によりビー
   ムスポット径を変化させる事を特徴とする請求項１記載
   の光走査装置。 ６、光源にレーザを用い、変調手段によりレーザを変調
   して記録信号に対応したビームスポットを形成し走査媒
   体上に結像してなる請求項１記載の光走査装置。 ７、制御装置からの印刷ドット密度切替指令に応じ、屈
   折率部材をレーザ光源の収束ビーム又は発散ビームの光
   路中に挿入してビームスポット径を変化させるとともに
   、レーザ光源の変調手段の変調周波数を増減し、回転多
   面鏡の回転数を増減して印刷ドット密度を変換した事を
   特徴とする電子写真印刷装置。