JPH07120694A - 光走査装置およびそれを用いたレーザビームプリンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光スポットの強度分布を良好にするととも
に、環境雰囲気の変化に光学特性が影響されにくい光走
査装置を実現する。 【構成】 レーザ光束を射出する光源部１の近傍に、第
１と第２のアパーチャ部材からなる光スポット径調整手
段９を配置する。第１のアパーチャ部材と第２のアパー
チャ部材の主走査方向に沿った副走査方向の開口幅が適
度な位相差θを有して変化するようにしている。 【効果】 環境雰囲気の変化に対して非常に強く、しか
も回折の影響が軽減ないし除去できる光走査装置である
ため、解像度の高いレーザビームプリンタ用の光走査装
置として好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は半導体レーザ等からな
る光源装置から射出するレーザ光束を小さな光スポット
に絞り込んで被走査面上に光走査する光走査装置および
それを用いたレーザビームプリンタに関する。

【０００２】

【従来の技術】光源装置から射出されるレーザ光束を、
偏向装置の偏向反射面により反射偏向させ、偏向光束を
結像光学系により被走査面上に光スポットとして集光さ
せて光走査を行う光走査装置は、レーザビームプリンタ
やデジタル複写機等の光記録機能部として一般によく用
いられている。

【０００３】光源装置から被走査面に至る光学配置を光
軸に沿って直線的に展開した仮想的な展開光路を考え、
この展開光路において偏向装置によって偏向されるレー
ザ光束の偏向面を含む面を主走査面と呼び、主走査面と
平行になる方向を主走査方向と呼ぶ。これに対して垂直
な面あるいは方向を副走査面あるいは副走査方向と呼
ぶ。

【０００４】偏向装置としては回転多面鏡やガルバノミ
ラー、あるいはピラミダルミラー等の偏向反射面を持つ
ものが用いられるが、これら偏向装置において偏向反射
面の回転軸や揺動軸を、動作中倒れないように維持する
ことは困難であり、上記回転軸や揺動軸の方向は僅かな
がら変動する。この変動に伴い、偏向光束が副走査方向
に変化し、その結果、被走査面上に結像する光スポット
の位置は副走査方向に変動する。さらに、回転多面鏡に
おいては、複数の偏向反射面がそれぞれ回転軸に対する
平行度誤差を持ち、この誤差によっても光スポットの集
光位置が副走査方向に変動する要因をもたらす。

【０００５】このような面倒れの問題を解決する方法と
して従来から、偏向装置と被走査面との間に設けられる
結像光学系にアナモフイックな長尺レンズを被走査面近
傍に配置する方怯や、アナモフイックなｆθレンズを結
像光学系とする方法が知られている。近年、レーザビー
ムプリンタやデジタル複写機の高精細多階調による高画
質化の要求に対応して記録画素の微細な位置制御や大き
さを変化させることが行われつつある。この際、記録画
像の高精細化を実現するにしても階調性を実現するにし
ても、被走査面上に結像する光スポットにおける光強度
分布がガウス分布に似た滑らかな分布であることが望ま
しい。

【０００６】一般に光走査装置では光スポット径を所定
の大きさに調整するために光源装置と偏向装置の間にア
パーチャ部材を用いる。このアパーチャ部材は光源装置
から射出される略平行なレーザ光束の一部の通過を規制
し遮蔽するが、副走査方向に於けるアパーチャ部材の開
口幅は、一般に０．３〜０．６ｍｍ程度と小さく、この
ため特に副走査方向において回折光による影響が大きく
発生し、光スポットの光強度分布の特性を複雑化する。
特に、面倒れの補正をアナモフィックな長尺レンズによ
り行う方法では、被走査面上の光スポット側からみたア
パーチャ部材は、主走査方向では略無限遠の物点となり
回折の影響は少ないが、副走査方向では有限位置の物点
となり上記回折の影響が強く現われ、光スポットの光強
度分布は相当に複雑となって光スポットの径、形状とも
像高に応じて変化する。このため、記録画像の高精細化
も困難であるし、記録画像に滑らかな階調性を与えるこ
とも難しい。

【０００７】アナモフイックな長尺レンズを用いず、結
像レンズ系自体をアナモフイックな光学系として面倒れ
補正を行う場合には、結像レンズ系の像面湾曲が小さけ
れば上記回折の影響は少ないが、ある程度の像面湾曲が
あると、やはり回折の影響で光スポットの径や形状に乱
れがでる像高領域が発生する。これらに対して、特開平
４−２１２１１９号公報等では、光源装置と偏向装置と
の間に配置する光スポット径を調節するアパーチャ部材
による回折光が光スポットの径や形状に影響するのを防
止するために、上記アパーチャ部材により生じた回折光
を遮蔽するアパーチャ手段を、偏向装置以後の光学系に
持たせる構成法が提案されている。すなわち、主走査方
向に長いスリットを有するスリット板を被走査面近傍に
配置された長尺レンズに近接して配置してアパーチャ手
段を実現する方法、あるいは、回転多面鏡の偏向反射面
の幅を狭く規制し、回転多面鏡がアパーチャ手段を兼ね
る方法、さらには、結像光学系の被走査面近傍に配置さ
れる長尺レンズのレンズ面あるいは長尺ミラーに主走査
方向に長いスリットを有する遮光層を形成して、長尺レ
ンズあるいは長尺ミラーがアパーチャ手段を兼ねるよう
にする方法、また、結像光学系がｆθレンズを含む場合
に、このｆθレンズの所定のレンズ面の副走査方向の開
口幅を遮蔽等により規制することでｆθレンズがアパー
チャ手段を兼ねるようにする方法等が開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の特
開平４−２１２１１９号公報等で示される方法はいずれ
も、光源装置ないし光スポット径を調節するアパーチャ
部材から遠くはなれた被走査面側に近い位置に、走査方
向に長く副走査方向に非常に狭い開口のスリットを設け
るものと等価である。そのため、光源装置、偏向装置、
結像光学系の基準面に対する各構成要素のアライメント
がずれ、特に偏向された光束に対して副走査方向に光束
を移動させるように影響したとき、上記スリットの幅が
副走査方向に狭いため大きく光束がけられ、光量損失が
発生し画像品質に重大な劣化を生ずる。一般に、光源装
置、偏向装置、結像光学系を配置する基準面は樹脂成形
の筐体から構成されることが多く、環境雰囲気変化に対
してこのような問題を避けることは非常に困難であっ
た。

【０００９】したがってこの発明の目的は、回折の影響
を軽減ないし除去でき光スポットの強度分布を良好にす
るとともに、環境雰囲気の変化に対して光学特性が影響
を受けにくい光走査装置およびそれを用いたレーザビー
ムプリンタを提供することである。

【００１０】

【課頭を解決するための手段】請求項１記載の光走査装
置は、光源部と、この光源部からのレーザ光束を反射偏
向させる偏向部と、この偏向部からの偏向光束を被走査
面上に光スポットとして集光させる結像光学系と、光源
部と偏向部の間に設置され被走査面上の光スポット径を
調整する光スポット径調整手段とを備えてあり、光スポ
ット径調整手段が光源部から偏向部方向へ光軸上に順に
配置された第１のアパーチャ部材と第２のアパーチャ部
材からなり、第１のアパーチャ部材は主走査方向に沿っ
た副走査方向の開口幅が変化し、第２のアパーチャ部材
は主走査方向に沿った副走査方向の開口幅が第１のアパ
ーチャ部材の主走査方向に沿った副走査方向の開口幅の
変化に対して位相差θを有して変化し、位相差θが（π
／２）＜θ＜（３π／２）の条件を満足するように設定
したことを特徴とする。

【００１１】請求項２記載の光走査装置は、請求項１記
載の光走査装置において、第１のアパーチャ部材と第２
のアパーチャ部材の主走査方向に沿った副走査方向の開
口幅が三角波状に変化する形状としている。請求項３記
載の光走査装置は、請求項１記載の光走査装置におい
て、第１のアパーチャ部材と第２のアパーチャ部材の主
走査方向に沿った副走査方向の開口幅が正弦波状に変化
する形状としている。

【００１２】請求項４記載の光走査装置は、請求項２ま
たは３記載の光走査装置において、第１のアパーチャ部
材と第２のアパーチャ部材の主走査方向に沿った副走査
方向の開口幅が１周期以上変化する形状としている。請
求項５記載のレーザビームプリンタは、請求項１記載の
光走査装置を用いている。

【００１３】

【作用】光源部からのレーザ光束は略ガウス分布の光強
度分布を有しているが、アパーチャ部材による遮蔽の影
響による回折は、ガウス分布の両側の裾付近に光の回り
込みによる強度分布の変化をもたらす。一般的な光走査
装置では主走査方向に関しては、被走査面から見てアパ
ーチャ部材が光学的に略無限遠となる場合が多く、この
ような場合にはアパーチャ部材による回折はフラウンホ
ーファー回折となり、被走査面上の光スポットに与える
影響は少ない。しかしながら、副走査方向に関してはア
パーチャ部材が結像光学系により被走査面近傍で結像
し、アパーチャ部材による回折光がフレネル回折となり
被走査面上の光スポットの光強度分布の副走査方向断面
の強度分布に大きな影響を与える。

【００１４】さて、この発明によれば、第１のアパーチ
ャ部材の主走査方向に沿った副走査方向の開口幅が変化
し、第２のアパーチャ部材の主走査方向に沿った副走査
方向の開口幅も第１のアパーチャ部材の開口幅の変化に
対して適度な位相差θを有して変化していることで、そ
れぞれ第１，第２のアパーチャ部材により発生する回折
光を複数の異なった状態で発生させる。そのため、被走
査面上の光スポットに与える回折光の影響は複数の異な
る回折光の影響が積分されることとなり、単一状態の回
折光の影響による光スポットの光強度分布の崩れに比較
して、崩れ方の程度が分散し実質的に光記録した際の画
像に与える影響をはるかに小さくすることが可能とな
る。さらに、複数のアパーチャ部材を一体化した光スポ
ット径調整手段を光源部の近傍に配置することで、環境
雰囲気の変化による筐体の変形等が引き起こす光量損失
の変動や回折光による光スポットの光強度分布の崩れを
抑制することができる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を具
体的に詳細に説明する。図１はこの発明の光走査装置の
第１の実施例の全体構成図である。図１において、１は
光源部であり、半導体レーザとコリメータレンズ、ある
いは必要に応じて光利用効率を向上させるためのプリズ
ムまたはシリンドリカルレンズからなる光束径変換光学
系を含んでいる。２は副走査方向に屈折力を有するシリ
ンドリカルレンズ、３は複数の反射面を有する偏向部で
あるポリゴンミラー、４は結像光学系である長尺レン
ズ、５，６，７はミラー、８は光走査装置筐体、９は光
スポット径調整手段である。

【００１６】この光走査装置において、光源部１から射
出するレーザ光束は、光スポット径調整手段９を介し
て、シリンドリカルレンズ２によってポリゴンミラー３
の反射面近傍に主走査方向に長く線状に結像する。そし
て、回転するポリゴンミラー３によって当該レーザ光束
は偏向反射され、偏向光束は長尺レンズ４からなる結像
光学系により所望の被走査面上に光スポットとして集光
し且つ光走査する。なお、ミラー５，６，７は、レーザ
光束を所定の光走査装置筐体８の内部で光路を曲げ被走
査面上にレーザ光束を導くためのものである。また、光
スポット径調整手段９は、光源部１と偏向部であるポリ
ゴンミラー３との間に配置され光源部１からのレーザ光
束の太さを規制することで被走査面上の光スポット径を
補正する。

【００１７】図２は図１において光走査装置として機能
する光学系構成要素のみの構成を示す空間配置図であ
る。光源部１は半導体レーザ１１，コリメータレンズ１
２，集束レンズ１３およびプリズム１４，１５から構成
されている。被走査面は感光ドラム１０として図示され
ている。感光ドラム上を走査する主走査方向では、既述
のごとく結像点すなわち光スポット側からみて光スポッ
ト径調整手段９は略無限遠の位置の物点となり、当該ア
パーチャ部材による回折はフラウンホーファー回折とな
り、光スポットに与える影響は略無視でき主走査方向の
強度分布は略ガウシアン分布となる。これに対して副走
査方向においては、光スポット側からみて光スポット径
調整手段９は有限の位置の物点となる。

【００１８】もしこの光スポット径調整手段９が従来の
ように単一のスリット板からなるアパーチャ部材から構
成されていると回折の影響が大きく発生する。すなわち
これによる回折はフレネル回折となり複雑な光スポット
の強度分布となり無視できない影響を光スポットに与え
る。しかし、この実施例では従来のアパーチャ部材を光
スポット径調整手段９に置き換えることで回折による光
スポットの強度分布の崩れを抑えるようにしている。こ
の光スポット径調整手段９について、図３〜図５を参照
しながら詳しく説明する。

【００１９】図３は光スポット径調整手段９を光軸を含
み副走査方向に切断した断面図である。光スポット径調
整手段９は光源部側から順に第１のアパーチャ部材１７
と第２のアパーチャ部材１８が構成配置され、且つ光軸
方向に間隔を保持固定する鏡枠１６から構成されてい
る。図４，図５はそれぞれ第１のアパーチャ部材１７，
第２のアパーチャ部材１８を光源部側から見た図であ
る。図４，図５において、Ｘ軸は主走査方向、Ｙ軸は副
走査方向を示す。

【００２０】光源部側から光スポット径調整手段９に入
射したレーザ光束は、副走査方向において、その光束幅
がまず第１のアパーチャ部材１７の開口１９により制限
される。これにより回折光が発生する。次に光束幅が規
制されたレーザ光束は第２のアパーチャ部材１８の開口
２０によりさらに光束幅の制限を受けると同時に回折光
が発生する。しかしながら、第１のアパーチャ部材１７
と第２のアパーチャ部材１８の開口１９および２０によ
る回折光が発生する空間的位置が異なるため光スポット
が形成される被走査面上では、それぞれの回折光の位相
が異なる。さらに加えて、開口１８と開口１９の主走査
方向に沿った副走査方向の開口幅が変化するため、それ
ぞれの開口幅に対応した回折光が形成する光スポットの
中心からの第１極小位置も異なる。

【００２１】したがって、開口１９と開口２０の光軸に
沿った位置の差ならびに主走査方向に沿って副走査方向
に変化する開口幅による複数の異なった回折状態の回折
光が光スポット上で積分されるため、従来問題であった
ようにある特定の部分だけに回折の影響が集中して発生
することがなく、光スポットの強度分布を略ガウシアン
分布とすることができる。このため、実質的に光走査装
置としていわゆるレーザビームプリンタの光書き込み装
置として用いても解像度への影響なく使用することがで
きる。

【００２２】この実施例では、図４と図５に示すよう
に、第１のアパーチャ部材１７の主走査方向に沿った副
走査方向の開口幅の変化と、第２のアパーチャ部材１８
の主走査方向に沿った副走査方向の開口幅の変化との位
相差θはπであるが、位相差θは（π／２）＜θ＜（３
π／２）の範囲を満足することで前記の回折の影響を効
果的に分散することができ、光スポットの強度分布をガ
ウシアン分布に近づけることができる。

【００２３】なおこの第１の実施例では、主走査方向に
沿った副走査方向の開口幅が三角波状に変化している第
１および第２のアパーチャ部材１７，１８を有する光ス
ポット径調整手段９を用いたが、第２の実施例として、
図６と図７に示すように、開口の上側辺２３、２５と下
側辺２４、２６が正弦波状に変化している第１のアパー
チャ部材２１と第２のアパーチャ部材２２を有する光ス
ポット径調整手段を用いても同様の効果が得られる。

【００２４】また、多くの回折光を光スポット上で積分
するために、三角波あるいは正弦波は主走査方向の開口
幅の中で１周期以上変化することが望ましい。このよう
に、光スポット径調整手段が図３に示されるように、第
１のアパーチャ部材１７と第２のアパーチャ部材１８は
鏡枠１６により保持固定され一体化され、且つ光源部１
の近傍に配置されている（図１参照）ため、光走査装置
を構成する各光学系構成要素を担持する筐体の形状が環
境雰囲気等の変動により変形しても従来のような大きな
光量損失の発生を抑制することができる。

【００２５】以上のように上記実施例によれば、環境雰
囲気の変化に対して光学特性が影響されにくく、しかも
回折の影響を軽減ないし除去でき光スポットにおける光
強度分布が良好になるため、解像度の高いレーザビーム
プリンタ用の光走査装置として好適であり、産業上の価
値は大である。さて、図８はこの発明の光走査装置を用
いたレーザビームプリンタ２７の概略構成図である。光
走査装置筐体８の内部に設けられた光源部から射出する
レーザ光束はポリゴンミラー３により偏向反射され、ミ
ラー６，７と長尺レンズ４を経由して感光ドラム１０上
に光スポットを形成し走査する。これによって予め帯電
されていた感光ドラム上に潜像が形成され静電写真現像
器によりトナーが所望の位置に付着し顕像化される。一
方、給紙トレー２８内に置かれた紙は、紙搬送機構によ
り当該感光ドラム１０に搬送され、感光ドラム上のトナ
ーはこの紙に転写される。次に加熱ローラ２９により定
着され、排紙受け３０まで搬送される。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、光
源部と偏向部の間に第１および第２のアパーチャ部材か
らなる光スポット径調整手段を設け、第１のアパーチャ
部材と第２のアパーチャ部材の主走査方向に沿った副走
査方向の開口幅が適度な位相差θを有して変化してい
る。そのため、環境雰囲気の変化に対して光学特性が影
響されにくく、しかも回折の影響を軽減ないし除去でき
光スポットにおける光強度分布が良好になるため、解像
度の高いレーザビームプリンタ用の光走査装置として好
適であり、産業上の価値は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例の光走査装置の全体構
成図である。

【図２】この発明の第１の実施例の光走査装置として機
能する光学系構成要素の空間配置図である。

【図３】この発明の第１の実施例における光スポット径
調整手段の断面図である。

【図４】この発明の第１の実施例における第１のアパー
チャ部材の開口の形状を示す図である。

【図５】この発明の第１の実施例における第２のアパー
チャ部材の開口の形状を示す図である。

【図６】この発明の第２の実施例における第１のアパー
チャ部材の開口の形状を示す図である。

【図７】この発明の第２の実施例における第２のアパー
チャ部材の開口の形状を示す図である。

【図８】この発明の光走査装置を用いたレーザビームプ
リンタの概略構成図である。

【符号の説明】

１ 光源部 ３ ポリゴンミラー（偏向部） ４ 長尺レンズ（結像光学系） ９ 光スポット径調整手段 １７，２１ 第１のアパーチャ部材 １８，２２ 第２のアパーチャ部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源部と、この光源部からのレーザ光束
   を反射偏向させる偏向部と、この偏向部からの偏向光束
   を被走査面上に光スポットとして集光させる結像光学系
   と、前記光源部と前記偏向部の間に設置され前記被走査
   面上の光スポット径を調整する光スポット径調整手段と
   を備えた光走査装置であって、 前記光スポット径調整手段が光源部から偏向部方向へ光
   軸上に順に配置された第１のアパーチャ部材と第２のア
   パーチャ部材からなり、前記第１のアパーチャ部材は主
   走査方向に沿った副走査方向の開口幅が変化し、前記第
   ２のアパーチャ部材は主走査方向に沿った副走査方向の
   開口幅が前記第１のアパーチャ部材の主走査方向に沿っ
   た副走査方向の開口幅の変化に対して位相差θを有して
   変化し、前記位相差θが（π／２）＜θ＜（３π／２）
   の条件を満足するように設定したことを特徴とする光走
   査装置。
2. 【請求項２】 第１のアパーチャ部材と第２のアパーチ
   ャ部材の主走査方向に沿った副走査方向の開口幅が三角
   波状に変化する形状とした請求項１記載の光走査装置。
3. 【請求項３】 第１のアパーチャ部材と第２のアパーチ
   ャ部材の主走査方向に沿った副走査方向の開口幅が正弦
   波状に変化する形状とした請求項１記載の光走査装置。
4. 【請求項４】 第１のアパーチャ部材と第２のアパーチ
   ャ部材の主走査方向に沿った副走査方向の開口幅が１周
   期以上変化する形状とした請求項２または３記載の光走
   査装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の光走査装置を用いたレー
   ザビームプリンタ。