JPH08338957A - レーザビーム走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数のレーザビームを同時走査する場合にお
ける各走査ラインにおける光強度のばらつきを防止し、
均一な画像濃度を得ることを可能にする。 【構成】 複数のレーザダイオード１４Ａ〜１４Ｄで発
生されるレーザ光をそれぞれ光ファイバ１１Ａ〜１１Ｄ
で伝送し、レーザビームとして走査反射ミラーに投射さ
せ、描画の走査を行う。各光ファイバのレーザダイオー
ドは個々に軸回り方向の回転位置が調整可能に構成さ
れ、レーザビームにおけるＳ偏光成分とＰ偏光成分の混
合比率が等しくなるように調整することで、走査反射ミ
ラーにおける各光ファイバからのレーザビームの反射率
を等しくでき、光強度を均一化し、濃度のむらのない描
画が実現できる。

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の光導出端に光学接続されているコンデンサレン
ズ（図示せず）を含む光射出ユニット１２がシリンドリ
カルレンズ７を通して配置される。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ｆ
θ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がポリゴンミラー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、複数本、この例で
は４本の光ファイバ１１で構成され、各光ファイバの各
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レー
ザビームＬＢとして射出されてポリゴンミラー２に投射
され、このポリゴンミラー２で反射された後に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、レーザビームＬＢはポリゴンミラー２の回転に伴っ
て感光ドラム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本の光ファイバ１１の光導
出端はポリゴンミラー２の回転軸方向に対して所定の間
隔が得られるように配列されているため、各光ファイバ
からのレーザビームＬＢは感光ドラム５に対して副走査
方向に並んだ状態で主走査され、これにより複数ライン
での描画走査が行われる。なお、図２において、６はレ
ーザビームを受光してその走査タイミングを検出するた
めのタイミング検出部である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようなレーザビー
ム走査装置について、本発明者が種々の検討を加えたと
ころ、光源部１３を構成して４本の光ファイバ１１にそ
れぞれレーザ光を導入する４つのレーザダイオード１４
の発光輝度等の特性を揃えたのにもかかわらず、感光ド
ラム５の感光面における各レーザビームの光強度ないし
光量、換言すれば感光ドラムに対して現像を行った後に
得られる画像濃度にばらつきが生じ易いものであること
が判明した。このため、このレーザビーム走査装置を用
いて描画を行うと、得られる画像は副走査のライン方向
に濃度が異なる画像となり、特に黒ベタ部において画像
濃度のムラが目立ち、レーザビーム走査装置の品質が低
下される原因となっている。

【０００６】

【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の各走査ラインにおける光
強度のばらつきを防止し、均一な画像濃度を得ることを
可能にしたレーザビーム走査装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者が複数のレーザ
ビーム、即ち図２に示した例では４つのレーザビームに
おける光強度のばらつきについて解明したところ、次の
点が原因であることが判明した。図３はこの原因を説明
するための図であり、ポリゴンミラー２に対するレーザ
ビームＬＢの入射角度とその反射率の変化を示し、特に
レーザビーム偏光状態の違いによる反射率の相違を示し
ている。すなわち、レーザビームの偏光状態がＳ偏光と
Ｐ偏光とでは、特にポリゴンミラー２の反射面に対する
入射角が大きい状態においてその反射率に大きな違いが
生じている。一方、４本の光ファイバから射出される各
レーザビームの光射出端における偏光状態をみると、そ
の偏光状態がそれぞれ同じでないことが判明した。

【０００８】すなわち、レーザ源としてのレーザダイオ
ード１４で発生されるレーザビームは直線偏光として射
出されるが、このレーザビームをポリゴンミラーに対し
てＳ偏光として光ファイバに入射させるとレーザビーム
が各光ファイバ１１内を伝送される間において、内部で
の複雑な反射等が原因とされて、図４に示すように、Ｓ
偏光成分に対してＰ偏光成分が混在された偏光状態とな
る。この場合は、Ｓ偏光成分にＰ偏光成分が混合され、
Ｓ偏光方向に長い偏平な偏光分布特性となる。以下、こ
のような偏光状態をＳＰ混合偏光と称する。このため、
各光ファイバから射出されてポリゴンミラーで反射され
る光の反射率は、このＳＰ混合偏光におけるＳ偏光成分
とＰ偏光成分をそれぞれ図３に示した反射率に当てはめ
て、これらの平均を取ったものとなる。

【０００９】前記したレーザビーム走査装置の場合、各
光ファイバは略特性の等しいものを略同じ長さに形成し
ているため、各光ファイバの光導出端におけるＳＰ混合
偏光の状態は各光ファイバで略等しくなるはずである。
これにもかかわらず前記したような光強度のばらつきが
生じるのは、各光ファイバの光導入端においてＳＰ混合
偏光の方向、すなわち図４におけるＳＰ座標の座標軸の
方向にばらつきが生じているためである。実際に本発明
者が４本の光ファイバの光導出端におけるＳＰ混合偏光
の方向を測定したところ、各方向がそれぞれ異なってい
ることが確認された。

【００１０】したがって、このようなＳＰ混合偏光の向
きを各光ファイバの光導出端において一致させれば、ポ
リゴンミラーにおける各レーザビームの反射率を等しく
し、前記した光強度のばらつきが防止できる。このた
め、各光ファイバの光導入端にレーザビームを入射させ
る４つのレーザダイオードの偏光方向をそれぞれ一致さ
せることが考えられる。しかしながら、このようにレー
ザダイオードの方向を一致させた場合でも、各光ファイ
バにおいてそれぞれ長さ方向に沿って異なる量のねじれ
が生じている場合には、各光ファイバの光導出端におけ
る、ＳＰ座標軸の方向が相違されることになるため、前
記した問題を根本的に解決することは難しい。

【００１１】そこで、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
査反射ミラーにまで導く複数本の光ファイバから射出さ
れるレーザビームの偏光状態をそれぞれ独立して調整す
る手段を設けた構成とする。

【００１２】ここで、偏光状態を調整する手段は、各光
ファイバから射出されるレーザビームの走査反射ミラー
に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分の混合比率を各光ファ
イバ間で等しく調整する手段として構成される。例え
ば、レーザ源を光軸回りに回転位置調整する手段で構成
する。或いは、レーザ源と光ファイバとの間に介挿され
るλ／２板を光軸回りに回転位置調整する手段で構成す
る。

【００１３】

【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１０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の回転動作に伴ってレーザビーム
ＬＢを主走査するように構成される。そして、図１に示
すように、レーザビームを発生させるための光源部１３
を前記ハウジング１とは別体に設け、この光源部１３に
設けられた４つのレーザダイオード１４（１４Ａ〜１４
Ｄ）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を構成する４本の光ファイバ１１（１１Ａ〜１
１Ｄ）を通してハウジング１内にまで導き、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、装置の小型化が可能となり、かつ設計
の自由度が高められる。

【００１４】前記光源部１３における４つのレーザダイ
オード１４は、ベース１５上に搭載された４つの光源ユ
ニット本体１６（１６Ａ〜１６Ｄ）にそれぞれ支持され
ており、この光源ユニット本体１６においてそれぞれ光
ファイバ１１の光導入端に接続されている。図５（ａ）
はその光源ユニット本体１６の一部を分解した斜視図で
あり、図５（ｂ）はその縦断面図である。光源ユニット
本体１６は略立方体に形成され、その一側面から他側面
に向けて比較的に大きな径寸法のホルダ支持穴１６ａが
所要の奥行き寸法に開設され、他側面にはこのホルダ支
持穴１６ａよりも小径の光ファイバ支持穴１６ｂが開設
されている。この光ファイバ支持穴１６ｂには、前記各
光ファイバ１１の光導入端１１ｂに取着された光ファイ
バホルダ１７が挿入され、かつ固定支持される。

【００１５】一方、前記ホルダ支持穴１６ａには、前記
したレーザダイオード１４と、このレーザダイオード１
４で発生されたレーザ光を光ファイバ１１の光導入端１
１ｂに入射させて両者を光学的に接合するためのカップ
リングレンズ１８とを一体的に収納した光源ホルダ１９
（１９Ａ〜１９Ｄ）が挿入され、かつ固定支持される。
この光源ホルダ１９は外径が前記ホルダ支持穴１６ａと
同径の筒状に形成され、その一側部にレーザダイオード
１４を固定し、他側部にカップリングレンズ１８を同軸
固定支持している。そして、この光源ホルダ１９は前記
ホルダ支持穴１６ａ内に挿入され、かつ挿入された状態
ではその軸回り方向を任意に回転位置設定でき、かつ設
定後はその位置に固定することができるように構成され
る。なお、レーザダイオード１４の構成及びカップリン
グレンズ１８の構成は従来から用いられているものであ
るので、詳細な説明は省略する。

【００１６】一方、図６に示すように、前記４本の光フ
ァイバ１１の光導出端１１ａは、前記ハウジング１のレ
ーザビーム投射窓３において前記光射出ユニット１２の
本体２０により固定支持される。同図（ａ）はこの光射
出ユニット本体２０の部分分解斜視図、（ｂ）はその断
面図であり、光射出ユニット本体２０は筒状に形成さ
れ、その一端部には光ファイバホルダ２１が挿入され、
他端部にはコリメートレンズ２２が挿入され、それぞれ
固定支持される。この光ファイバホルダ２１には４本の
光ファイバ支持穴２１ａが並んで開設されており、各光
ファイバ支持穴２１ａには各光ファイバ１１の光導出端
１１ａが挿入され、かつ固定支持される。これらの光フ
ァイバ支持穴２１ａは、図７に示すように、レーザビー
ムの副走査方向、すなわち前記ポリゴンミラー２の回転
軸に平行な方向Ｙと、これに垂直な主走査方向Ｘのそれ
ぞれに沿う位置が相違されるように配列されている。こ
こでは、各光ファイバ支持穴２１ａは、それぞれ支持す
る光ファイバの中心位置が、前記副走査方向Ｙにおいて
は光ファイバ径Ｄよりも小さいピッチ寸法Ｐｙで配列さ
れ、主走査方向Ｘにおいては光ファイバ径Ｄよりも大き
いピッチ寸法Ｐｘで配列されるように、垂直かつ水平方
向にずらせて、つまり斜め方向に配列形成されている。

【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、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
を通して各光ファイバ１１の光導入端１１ｂから光ファ
イバ１１内に導入され、各光ファイバ内を伝送されて光
導出端１１ａから射出され、コリメートレンズ２２によ
り集束されてレーザビームＬＢ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の回転に伴って主走査方向に走査されるが、このと
き、４つのレーザダイオード１４では、直線偏光のレー
ザ光として射出されているものの、各光ファイバ１１内
を伝送されて光導出端１１ａから射出される際には図４
に示したようにポリゴンミラーに対してＳＰ混合偏光状
態とされることは前記した通りである。

【００１８】したがって、このレーザビーム走査装置の
組み立てに際しては、各光ファイバ１１を個々にその光
導出端１１ａにおいてＳＰ混合偏光状態を測定可能な状
態とした上で、当該光ファイバ１１の光導入端１１ｂに
対向して設けられている光源ホルダ１９を光源ユニット
本体１６に対して軸回り方向に回転移動させる。この光
源ホルダ１９を回転移動させることにより、これを支持
しているレーザダイオード１４の軸回り位置が変化さ
れ、レーザダイオード１４から射出される直線偏光の方
向が変化される。これにより、光ファイバ１１の光導出
端１１ａにおけるＳＰ混合偏光状態も回転されることに
なる。したがって、ＳＰ混合偏光状態が予め設定された
状態となるように前記した光源ホルダ１９の回転位置の
調整を行ない、これを４本の光ファイバ１１についてそ
れぞれ同様に行うことで、各光ファイバ１１の各光導出
端１１ａから射出されるレーザビームＬＢのＳＰ混合偏
光状態を全て同一に設定することが可能となる。これに
より、各光ファイバ１１から射出されるレーザビームＬ
Ｂはポリゴンミラー２において全て同じ反射率となり、
結果として感光体に走査されたときに同一の光強度とさ
れる。この結果、副走査方向とおけるライン状の画像濃
度のばらつきを抑制することができる。

【００１９】なお、各光ファイバ１１から射出されるレ
ーザビームＬＢは、光出力ユニット１２において主走査
方向と副走査方向のそれぞれにずれて配置されている
が、図７に示したように、副走査方向Ｙにおける配列ピ
ッチＰｙが光ファイバ径Ｄよりも小さいピッチ寸法とさ
れていることで、高い印字密度が得られる。この一方
で、主走査方向Ｘにおいては、各レーザビームＬＢは配
列ピッチＰｘだけ主走査にずれが生じるため、図２に示
した走査タイミング検出部６においては各レーザビーム
ＬＢを独立した光束として検出することが可能であり、
各レーザビームＬＢのそれぞれに対応した適切な走査タ
イミングでの走査制御が可能とされる。

【００２０】このとき、図３によると、Ｓ偏光、Ｐ偏光
それぞれの反射率は入射角の増加に伴い１：２の割合で
変化している。そのため、入射光の偏光状態をＳ偏光、
Ｐ偏光の割合が２：１になるように設定することで走査
中の光量変化も抑制することができる。また、半導体レ
ーザは出射光の広がり角が非回転対称なため、従来の走
査光学系でこのような光源の回転をさせると所定のビー
ム径が得られないが、本実施例のように光ファイバを用
いるとその成形効果によって光源の回転は偏光方向の回
転だけを生じることになる。

【００２１】また、この実施例においては、各光ファイ
バ１１の光導入端１１ｂ側をそれぞれ軸回りに独立して
回転できるように光源ユニット本体１６と光ファイバホ
ルダ１７との接続部を構成し、レーザダイオード１４を
回転位置調整する代わりに光ファイバ１１を回転位置調
整することも可能である。ただし、この場合には光ファ
イバ１１は捩じられた状態となるために、光ファイバに
内部応力が発生する可能性があるため、光ファイバの機
械的強度が高い場合に適用が可能となる。

【００２２】図８は本発明の第２実施例の光ファイバ光
学系を示す概略斜視図であり、前記実施例と等価な部分
には同一符号を付してある。この実施例においては、４
本の光ファイバ１１の光導入端１１ｂが接続される光源
部１３においては、図９（ａ），（ｂ）にその部分分解
斜視図と正面図をそれぞれ示すように、位相板ユニット
３０を配列する。この実施例では４本の光ファイバ１１
に対して位相板ユニット３０は一括構成されており、本
体部３１とカバー部３２とで構成され、本体部３１には
周面の一部が切欠かれた４つの円形の凹部３３（３３Ａ
〜３３Ｄ）が前記レーザダイオード１４（１４Ａ〜１４
Ｄ）に対向した位置にそれぞれ設けられる。各凹部３３
の一側面には開口３１ａが設けられ、かつ各凹部には円
形板状に形成されたλ／２板３４（３４Ａ〜３４Ｄ）が
内装される。また、カバー部３２には前記開口３１ａに
対向して開口３２ａが設けられる。そして、前記本体部
３１の開口３１ａにはそれぞれ光ファイバ１１の光導入
端１１ｂが、カップリングレンズ（図示せず）を内蔵し
た光ファイバホルダ３５によって固定的に支持される。
また、カバー部３２の開口３２ａにはレーザダイオード
１４が固定支持される。

【００２３】この構成によれば、各レーザダイオード１
４で発生された光は、λ／２板３４を透過された後、光
ファイバホルダ３５内のカップリングレンズにより光フ
ァイバ１１の光導入端１１ｂから光ファイバ内に導入さ
れる。ここで、λ／２板３４は、知られているように、
その回転位置に応じて偏光方向を光軸回りに任意角度だ
け回転させる特性を有している。したがって、凹部３３
から突出されているλ／２板３４の周面一部を利用して
λ／２板３４を光軸回りに回転させることで、レーザダ
イオード１４から射出されたレーザ光の偏光方向を任意
方向に回転させて光ファイバ１１に導入させることがで
きる。これに伴い、光ファイバ１１の光導出端１１ａに
おけるＳＰ混合偏光状態が変化されることになる。

【００２４】したがって、４本の光ファイバについて、
前記第１実施例の場合と同様に各光ファイバ導出端１１
ａでのＳＰ混合偏光状態を測定しながら各光ファイバ１
１のλ／２板３４を回転させ、ＳＰ混合偏光状態を所定
の状態に設定することで、４本の光ファイバ１１の光導
出端１１ａにおける各ＳＰ混合偏光状態を一致させるこ
とができ、ポリゴンミラー２における各レーザビームＬ
Ｂの反射率を等しくし、画像濃度のムラを防止すること
が可能となる。

【００２５】なお、前記各実施例では光ファイバが４本
の例を示しているが、その他の本数の場合でも本発明を
同様に適用することができる。また、本発明の第２実施
例の場合には、光ファイバを長さ方向に２分し、その間
にλ／２板を介挿してこれを回転調整可能に構成するよ
うにしてもよい。

【００２６】

【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反射ミラー
にレーザビームとして投射させるために設けられる複数
本の光ファイバから射出されるレーザビームの偏光状態
をそれぞれ独立して調整する手段を設けているので、各
光ファイバの状態や光ファイバ内における光の伝送状態
がそれぞれ異なる場合でも、光ファイバの光導出端から
射出されるレーザ光はいずれも同じ偏向状態に調整で
き、走査反射ミラーにおける各光ファイバからのレーザ
ビームの反射率を等しくでき、各レーザビームの光強度
を均一化して濃度のむらのない描画が実現できる。

【００２７】ここで、偏光状態を調整する手段は、各光
ファイバから射出されるレーザビームのＳ偏光成分とＰ
偏光成分の混合比率が等しくなるように調整するため
に、レーザ源を光軸回りに回転位置調整する構成とする
ことで、簡単な操作で複数のレーザビームの偏向状態を
均一化することができる。あるいは、レーザ源と光ファ
イバとの間に介挿されるλ／２板を光軸回りに回転位置
調整する構成とすることで、さらに簡単な操作で各レー
ザビームの偏向状態を均一化することができる。

【００２８】また、複数の光ファイバから射出されるレ
ーザビームは、ポリゴンミラーで構成される操作反射ミ
ラーの回転軸の軸方向に配列された状態でその反射面に
投射されるため、同時に複数ラインの走査及び描画が可
能となり、かつこの描画を行った場合でも副走査方向の
濃度を均一なものに制御できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における光ファイバ光学系
の全体構成を示す斜視図である。

【図２】本発明が適用されるレーザビーム走査装置の概
略構成を示す斜視図である。

【図３】レーザ光の偏向状態と反射ミラーにおける反射
率の特性を示す図である。

【図４】光ファイバを伝送される光の偏向状態を示す図
である。

【図５】光源ユニット本体の構成を示す部分分解斜視図
とその断面図である。

【図６】光出力ユニット本体の構成を示す部分分解斜視
図とその断面図である。

【図７】光ファイバの光導出端における配列状態を示す
正面図である。

【図８】本発明の第２実施例における光ファイバ光学系
の全体構成を示す斜視図である。

【図９】位相板ユニットの構成を示す部分分解斜視図と
その正面図である。

【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 １６ 光源ユニット本体 １８ カップリングレンズ １９ 光源ホルダ ２１ 光ファイバホルダ ３５ λ／２板

Claims (5)

【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反射ミラーに投射して
   走査を行う構成のレーザビーム走査装置において、前記
   各光ファイバから射出されるレーザビームの偏光状態を
   それぞれ独立して調整する手段を設けたことを特徴とす
   るレーザビーム走査装置。
2. 【請求項２】 偏光状態を調整する手段は、各光ファイ
   バから射出されるレーザビームの走査反射ミラー面に対
   するＳ偏光成分とＰ偏光成分の混合比率を各光ファイバ
   間で等しく調整する請求項１のレーザビーム走査装置。
3. 【請求項３】 調整する手段はレーザ源を光軸回りに回
   転位置調整する手段である請求項１または２のレーザビ
   ーム走査装置。
4. 【請求項４】 調整する手段は、レーザ源と光ファイバ
   との間に介挿されるλ／２板を光軸回りに回転位置調整
   する手段である請求項１または２のレーザビーム走査装
   置。
5. 【請求項５】 走査反射ミラーは、複数の反射面を有し
   て回転軸の回りに回転駆動されるポリゴンミラーで構成
   され、複数の光ファイバから射出されるレーザビームは
   前記回転軸の軸方向に配列された状態で前記反射面に投
   射される請求項１ないし４のレーザビーム走査装置。