JPH1016297A - レーザプリンタ装置 - Google Patents

レーザプリンタ装置

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JPH1016297A
JPH1016297A JP8191415A JP19141596A JPH1016297A JP H1016297 A JPH1016297 A JP H1016297A JP 8191415 A JP8191415 A JP 8191415A JP 19141596 A JP19141596 A JP 19141596A JP H1016297 A JPH1016297 A JP H1016297A
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JP
Japan
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semiconductor laser
light source
laser array
light
imaging lens
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Application number
JP8191415A
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English (en)
Inventor
Hiromitsu Yamakawa
博充 山川
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Fujinon Corp
Original Assignee
Fuji Photo Optical Co Ltd
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Publication date
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Priority to US08/864,129 priority patent/US5923358A/en
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    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/435Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material
    • B41J2/447Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using arrays of radiation sources
    • B41J2/45Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using arrays of radiation sources using light-emitting diode [LED] or laser arrays
    • B41J2/451Special optical means therefor, e.g. lenses, mirrors, focusing means

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 列状に半導体レーザ素子を配列してなる半導
体レーザアレイ光源からの各光束を結像レンズを用いて
感光面上に結像せしめることにより、回転多面鏡等の機
械的光走査手段を用いることなく被走査面上での光ドッ
ト形成(光走査)を行う。 【構成】 このレーザプリンタ装置は多数の半導体レー
ザ素子(発光素子)1aを直線状に配列してなる半導体
レーザアレイ光源1と、これら各発光素子1aからの光
束を各々感光面2上にしかも直線的に結像せしめる結像
レンズ3とを備えている。上記半導体レーザアレイ光源
1は、700個以上の微小な半導体レーザ素子1aを直
線上に配列してなるもので、各々の素子1aからのレー
ザ光を互いに独立に変調し得るようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の発光素子を
列状に配列してなる、いわゆる半導体レーザアレイを光
源とし、この光源からの光を被走査面上に導いて、この
被走査面上に再生画像を形成するレーザプリンタ装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】近
年、レーザプリンタ装置が各種OA機器に使用されるよ
うになってきており、その光走査手段としては周知の回
転多面鏡(ポリゴンミラー)が一般に用いられている。
この回転多面鏡はガルバノメータミラーに比べて走査の
高速性、あるいはシェーディングの良好性等の点で優れ
ているものの、各ミラー面の面精度や面倒れ量のバラツ
キに伴い、走査線の微妙な曲がり、走査線ピッチのバラ
ツキ、さらには走査線の長さのバラツキ等が問題となっ
ている。
【0003】また、このような回転多面鏡を用いた走査
装置では、各走査線の始点を一致させるために走査のタ
イミングをとるセンサが必要となる。さらに、このよう
な回転多面鏡を用いた走査装置では、その回転駆動部の
回転動作に起因して振動や騒音が生じる。
【0004】このように、回転多面鏡を光走査手段とす
る場合には、上述した如き種々の問題が生じるため回転
多面鏡を用いずにレーザ光を走査する手法の開発が望ま
れている。また、このような手法の開発とともに、この
手法を用いたときにレーザ光源からの光束を良好に被走
査面上に導き得る、この手法に適した結像光学系を開発
することも必要となる。
【0005】本発明はこのような事情に鑑みなされたも
ので、回転多面鏡を用いることなく被走査面上にレーザ
光を走査することができ、しかも光源からの光束を良好
に被走査面上に導くことができるレーザプリンタ装置を
提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザプリンタ
装置は、複数の発光素子を列状に配列してなる半導体レ
ーザアレイ光源と、該半導体レーザアレイ光源からの各
光束を被走査面上に結像させる結像レンズと、該半導体
レーザアレイの個々の発光素子を所定の信号に基づき独
立に変調する手段と、該被走査面を該結像レンズに対し
該半導体レーザアレイ光源からの各光束により形成され
る該被走査面上のドット列方向と互いに直交する方向に
相対的に移動させる手段を備えたことを特徴とするもの
である。
【0007】また、前記半導体レーザアレイ光源の発光
素子の数は700以上であることが望ましい。また、前
記半導体レーザアレイ光源の発光素子が前記被走査面側
に向かって凹形状を形成するように配列されていること
が望ましい。また、前記結像レンズは、前記半導体レー
ザアレイ光源側でテレセントリックな系となるように構
成されていることが望ましい。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の実
施形態について説明する。図1は本発明の実施形態に係
るレーザプリンタ装置を示す概念図である。このレーザ
プリンタ装置は多数の半導体レーザ素子(発光素子)1
aを直線状に配列してなる半導体レーザアレイ光源1
と、これら各発光素子1aからの光束を各々感光面2上
に、しかも直線的に結像せしめる結像レンズ3とを備え
ている。
【0009】上記半導体レーザアレイ光源1は、700
個以上の微小な半導体レーザ素子1aを直線上に配列し
てなるもので、各々の素子1aからのレーザ光を独立し
て変調し得るようになっている。
【0010】光源1が、半導体レーザ素子1aを700
個以上配列しているのは、最低A6号(葉書大サイズ)
用紙の短辺の一走査線領域の全体を一時に照射すること
を考慮したものである。すなわち、A6号用紙の短辺は
105mmの長さとされているので、1インチ(25.
4mm)当たりを200ドットで印字すれば、配列すべ
き半導体レーザ素子1aの個数は200×105/2
5.4≒827(個)となる。ただし、この短辺方向の
両端部分に係る数mmの範囲については通常は印字が不
要となるので、結局、本実施形態の如く、700個以上
の半導体レーザ素子1aを直線的に配列すればA6号用
紙の短辺方向の一走査線に相当する部分の印字を一時に
行うことができる。
【0011】このように直線状に配列された多数の半導
体レーザ素子1aからの各光束は結像レンズ3によって
感光面2上の所定の直線上の所定位置に結像され、結
局、半導体レーザアレイ光源1における各素子1aの1
回の同時発光により、図1に示す如き直線状のドット列
(一走査線)が感光面上に形成される。また、光源1と
して半導体レーザを用いているのは、半導体レーザは光
量や変調の速度追従性の点で格段に有利であり、光走査
の高速化が図れるからである。
【0012】光源として、He−Neレーザ等のガスレ
ーザを用い、分割された多数の光束を所定の変調器で同
時に変調するトータル・インターナル・レフレクション
システムも考えられているが、この場合には光学系が極
めて複雑となり、また、一本のレーザ管からの光束を例
えば数千の光束に分割する必要上、光走査の高速化を図
る上で必要な光量を確保するためには高出力のレーザ管
が必要となってしまう。また、この系では、ガスレーザ
管のサイズが大きく、レーザ管から光変調器までの距離
も長くなってしまい、装置のコンパクト化が困難となり
コストも割高となってしまう。
【0013】本実施形態のものでは、半導体レーザ素子
の各々から独立に変調された光ビームが出力されるよう
になっており、上述した従来技術の如き問題は生じな
い。また、本実施形態のものでは、感光面2を矢印A方
向に所定速度で副走査しながら上記半導体レーザアレイ
光源1からの発光を所定のタイミングで行うことにより
感光面2上に多数の走査線に相当するドット列を形成す
ることができ、これにより1枚の再生画像を感光面2上
に形成することができる。
【0014】また、上記結像レンズ3は、後述する実施
例の如く複数枚のレンズからなる組合せレンズを鏡胴に
よってカバーしたものであり、内部の所定位置に絞りが
配されている。また、この結像レンズ3は、図1、およ
び本実施形態の平面図である図2に示す如く、半導体レ
ーザアレイ光源1側がテレセントリックとされている。
すなわち、結像レンズ3の物体空間において各半導体レ
ーザ素子1aからの主光線は光軸に平行となるようにし
て進行する。
【0015】これにより、指向性の強い半導体レーザ光
源1の光量を有効に利用することが可能となる。また、
上記結像レンズ3は、半導体レーザアレイ光源1の点
a、点c、点eから出力された光束を各々感光面2上の
点a′、点c′、点e′に収束せしめる。すなわち、半
導体レーザアレイ光源1の各点の並びと、それらの各点
に対応する感光面2上の各点の並びは左右逆の関係とな
る。
【0016】図3は、本発明の他の実施形態に係るレー
ザプリンタ装置の光学系を示す概略図である。この実施
形態装置の如く、半導体レーザアレイ光源11の各半導
体レーザ素子11aを、結像レンズ13に向かって凹形
状をなす所定の円弧状に配列することも可能である。こ
のように半導体レーザ素子11aを配列することによ
り、指向性の強い半導体レーザアレイ光源11からの各
光束を、前述の実施形態の如きテレセントリックな系と
せずとも有効に結像レンズの瞳に導くことが可能であ
る。
【0017】なお、半導体レーザアレイ光源の各半導体
レーザ素子を、結像レンズに向かって凹形状をなす所定
の円弧状に配列しなくても、配列の両端部に近いほど発
光方向の結像レンズの光軸とのなす角が大きくなるよう
にすることで同様の効果が得られる。
【0018】図4は、図1に示すような半導体レーザア
レイ光源1の如き、半導体レーザ素子1aを直線上に配
列した光源21a、21b、21cを複数個用い、これ
らの光源21a、21b、21cからの光束をハーフミ
ラー又は特定の波長の光を反射あるいは透過させるダイ
クロイックミラー24a、24bを用いて組み合わせる
ようにした実施形態装置を示すもの(光源を側方からみ
たもの)である。
【0019】この場合において、各光源21a、21
b、21cの発光波長を感材の3原色発色に対応させる
ようにし、感光面22の所定の点に、3つの光源21
a、21b、21cの、対応する3つの半導体レーザ素
子からの光束が互いに略重なり合って収束されるように
構成し、一方、この場合における感光面22は、各波長
の色光が照射されると、それに応じた色調が表れるよう
な感材を塗布しており、したがって、3つの互いに異な
る波長の光を出力する半導体レーザアレイ光源21a、
21b、21cからの光照射により感光面22上に所望
のカラー画像が形成される。
【0020】また、図4の如き構成において、各半導体
レーザアレイ光源21a、21b、21cからの光束が
感光面22上で走査線の延びる方向と直交する方向に所
定の微小間隔ずつずれて収束されるようにすれば、同時
に3走査線分の信号をプリントすることができ、感光面
22の副走査(矢印B方向)の高速化を図ることができ
る。
【0021】なお、複数個の半導体レーザアレイ光源2
1a、21b、21cを、半導体レーザ素子1aの配列
方向に互いにつなげて一ラインあたりの発光点の数を増
加させる場合にも、図4に示す如きハーフミラー24
a、24bを用いて行うことができる。また、上述した
各実施形態では副走査を行うために感光面を矢印A方向
もしくは矢印B方向に移動させているが、例えば、図5
に示す如く、ミラーの移動により副走査を行うこともで
きる。なお、本図は光源31の側方からみた図とされて
いる。
【0022】すなわち、半導体レーザアレイ光源31か
らの光束を結像レンズによって収束するとともに、ミラ
ー34b、35b、36bにより順次反射して感光面3
2上に結像せしめる。そして、結像レンズ33から感光
面32の収束位置までの光軸上の距離を一定に保つよう
にしつつ、ミラー34b、35bを一体的にc方向へ、
かつ、ミラー36bを矢印D方向へ各々移動せしめ、感
光面32上での光束の収束位置を矢印E方向へ移動せし
める。
【0023】図5においては、副走査の初期時における
各ミラー34b、35b、36bの位置34a、35
a、36aおよび光軸の位置が破線で示されている。こ
のようなミラー34b、35b、36bの移動に基づく
光ビームの副走査についての操作は、一般に、複写機の
読取操作において使用されている技術と略同様である。
【0024】なお、本発明のレーザプリンタ装置として
は上記実施形態のものに限られるものではなく、種々の
態様の変更、あるいは機能の付加が可能である。例え
ば、感光面上で、中央部分よりも周辺部分の光量の利用
効率が低い場合には、該周辺部分に導かれる半導体レー
ザ光源の発光素子の出力を該中央部分に導かれる半導体
レーザ光源の発光素子の出力に対して大とすることで感
光面上の光量の均一化を図ることが可能である。
【0025】また、半導体レーザにおいては、その方向
によって光束の拡がり角に差異が生じることも多く、そ
のような場合には、結像レンズの形状を光軸に対して回
転対称な形状とすると感光面上のビームスポット形状が
扁平となってしまうため、結像レンズ内に配された絞り
の開口巾をアレイの配列方向とその直交する方向で互い
に異ならせることにより、さらには、結像レンズのパワ
ーをアレイの配列方向とその直交する方向で互いに異な
らせて、これら両方向での、光源と感光面間の結像倍率
を互いに異ならせて、感光面上のビームスポット形状を
所望の形状に調整することが望ましい。
【0026】また、上記結像レンズの絞りの寸法は、上
記感光面上のビームスポットの形状を容易に変更し得る
ように、半導体レーザアレイ光源の発光素子配列方向と
その直交する方向とで独立に変更可能としておくことが
望ましい。さらに、半導体レーザアレイ光源の発光素子
の数としては上記実施形態のものに限られず、例えば1
行のみの印字を行い得る程度とすることも可能である。
この場合において、1フォントを形成するドットの数は
例えば16程度であるから、半導体レーザアレイの素子
をこのドットの数にあわせて16程度とすることも可能
である。
【0027】さらに、用途に応じてその配列する素子の
数を適宜変更することも可能である。また、上記実施形
態のものにおいては、被走査面として感光面を用いてい
るが、この面上に所定のプリントができれば、もちろん
感光面に限られるものではない。
【0028】以下、本発明の実施例について具体的数値
をあげて説明する。 <実施例>本実施例の光学系は図6に示す如き構成をな
し、A4判サイズの短辺(210mm)を1インチ(2
5.4mm)当たり200ドットの印字密度で印字する
際に用いられる系である。また、半導体レーザアレイ光
源51は、発光波長は670nmで素子ピッチは28μ
mとされている。したがって、配列される素子の数は2
00×210/25.4=1654個であり、アレイ全
長は0.028×1654=46.31mmとなってい
る。
【0029】なお、この光学系では半導体レーザアレイ
光源51と結像レンズ53の間に、厚さ0.7mmのカ
バーガラス54が配設されている。この光学系は、第1
面(r1)〜第10面(r10)までのレンズ面を構成す
る各レンズ全体についての後側焦点位置付近に絞りを配
置しており、光源側でテレセントリックな系となってい
る。
【0030】この実施例における各レンズ面の曲率半径
r(mm)、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気
間隔d(mm)および各レンズの、波長670nmの光
線に対する屈折率Nを下記表1に示す。ただし、この表
1において、各記号r、d、Nに対応させた数字は半導
体レーザアレイ光源51側から順次増加するようになっ
ている。
【0031】なお、表1の下段に、入射光の波長λ、こ
の実施例の光学系における、光学系全体の焦点距離f、
結像倍率βおよびレンズ第1面から第10面までのレン
ズ面を構成する各レンズ全体のバックフォーカスBfの
値を示す。
【0032】
【表1】
【0033】なお、上記実施例における各収差図(球面
収差、非点収差、歪曲収差の収差図)を図7に示す。な
お、この収差図においてy′は高さを示す。また、球面
収差図においては波長670nmの光線に対する収差が
示されている。さらに、非点収差図には、サジタル像面
およびメリディオナル像面に対する収差が示されてい
る。この図7から明らかなように、上述した実施例によ
れば、前述した各収差を全て良好なものとすることがで
きる。
【0034】なお、本発明を適用することによりレーザ
プリンタ装置以外の光学装置をも得ることができる。例
えば、被走査面上に画像を置き、半導体レーザアレイ光
源を順次もしくは同時に点滅させて照射し、該半導体レ
ーザアレイ光源からの各光束により形成される該被走査
面上のドット列方向と略直交する方向に画像を移動さ
せ、その画像の反射光を受光する手段を設けることによ
り画像情報を取り込む画像読取装置とすることもでき
る。
【0035】以下、上述した各実施形態を項別に整理し
て記載する。 <実施形態1> 複数の発光素子を列状に配列してなる
半導体レーザアレイ光源と、該半導体レーザアレイ光源
からの各光束を被走査面上に結像させる結像レンズと、
該半導体レーザアレイ光源の個々の発光素子を所定の信
号に基づき独立に変調する手段と、該被走査面を該結像
レンズに対し、該半導体レーザアレイ光源からの各光束
により形成される該被走査面上のドット列方向と略直交
する方向に相対的に移動させる手段を備えたことを特徴
とするレーザプリンタ装置。
【0036】<実施形態2> 前記半導体レーザアレイ
光源の発光素子の数が700以上であることを特徴とす
る実施形態1記載のレーザプリンタ装置。
【0037】<実施形態3> 前記結像レンズが、前記
半導体レーザアレイ光源側で、テレセントリックである
ことを特徴とする実施形態1もしくは2記載のレーザプ
リンタ装置。
【0038】<実施形態4> 前記結像レンズの絞り
が、前記半導体レーザアレイ光源の発光素子の配列方向
に対応する方向の幅と、該対応する方向に直交する方向
の幅とで互いに異なることを特徴とする実施形態1〜3
のうちいずれか1記載のレーザプリンタ装置。
【0039】<実施形態5> 前記結像レンズの絞り
が、前記半導体レーザアレイ光源の発光素子の配列方向
に対応する方向の幅と、該対応する方向に直交する方向
の幅の寸法を独立に調整し得る構成とされてなることを
特徴とする実施形態1〜4のうちいずれか1記載のレー
ザプリンタ装置。
【0040】<実施形態6> 前記半導体レーザアレイ
光源の発光素子が、該対応する方向に直交する方向に複
数列配列されるように構成されてなることを特徴とする
実施形態1〜5のうちいずれか1記載のレーザプリンタ
装置。
【0041】<実施形態7> 前記半導体レーザアレイ
光源において、中央部よりも両端部に近い部分の発光素
子の出力を大きくしたことを特徴とする実施形態1〜6
のうちいずれか1記載のレーザプリンタ装置。
【0042】<実施形態8> 前記結像レンズが、前記
半導体レーザアレイ光源の発光素子の配列方向に対応す
る方向と、該対応する方向に直交する方向とのパワーが
異なるように構成されてなることを特徴とする実施形態
1〜7のうちいずれか1記載のレーザプリンタ装置。
【0043】<実施形態9> 前記半導体レーザアレイ
光源の発光素子が、前記結像レンズ側に向かって凹形状
をなす曲線状に配列されてなることを特徴とする実施形
態1〜8のうちいずれか1記載のレーザプリンタ装置。
【0044】<実施形態10> 複数の前記半導体レー
ザアレイ光源からの光束を、印字幅を増加するように前
記被走査面上に導くよう構成されてなることを特徴とす
る実施形態1〜9のうちいずれか1記載のレーザプリン
タ装置。
【0045】<実施形態11> 複数の前記半導体レー
ザアレイ光源からの光束を、前記被走査面上において、
該半導体レーザアレイ光源からの各光束により形成され
るドット列方向と略直交する方向に互いに所定の間隔で
結像されるように導くことを特徴とする実施形態1〜1
0のうちいずれか1記載のレーザプリンタ装置。
【0046】<実施形態12> 出力光波長が互いに異
なる複数の前記半導体レーザアレイ光源からの光束を、
照射光の波長毎に互いに異なる発色をなす感光面上に導
き、該感光面上にカラー画像が再生され得るように構成
されてなることを特徴とする実施形態1〜11のうちい
ずれか1記載のレーザプリンタ装置。
【0047】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明のレーザ
プリンタ装置によれば、回転多面鏡等の機械的光走査手
段により光走査を行っていないので、ミラーの面倒れに
伴う種々の問題、例えば走査線間隔のバラツキの問題は
発生しない。もちろん、従来の回転多面鏡を用いた場合
に必要であった、各走査線開始のタイミングを得るため
のセンサは不要である。また、回転多面鏡の如く高速で
可動する部分が存在しないので、装置全体の振動や騒音
をより低いレベルに抑えることが可能であり、装置の長
寿命化を図ることが可能である。さらに、直線上に配さ
れた各半導体レーザ素子を同時に発光せしめることが可
能であり、被走査面上での一ライン全体のプリントを一
時に行うことができるので、プリント速度の高速化を図
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るレーザプリンタ装置を
示す斜視図
【図2】本発明の実施形態に係るレーザプリンタ装置を
示す平面図
【図3】本発明の別の実施形態に係るレーザプリンタ装
置を示す平面図
【図4】本発明のさらに別の実施形態に係るレーザプリ
ンタ装置を示す平面図
【図5】本発明の実施形態に係るレーザプリンタ装置の
副走査の一例を示す概略図
【図6】本発明の一実施例に係るレーザプリンタ装置の
光学系を示すレンズ構成図
【図7】図6に示す光学系の各収差図
【符号の説明】
1、11、31、51 半導体レーザアレイ光源 1a、11a、21a、21b、21c 半導体レー
ザ素子 2、22、32、52 感光面 3、23、33、53 結像レンズ 24a、24b、34b、35b、36b ハーフミラ
ー 54 カバーガラス r1〜r15 レンズ面 d1〜d14 レンズの厚み(面間隔) X 光軸

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の発光素子を列状に配列してなる半
    導体レーザアレイ光源と、該半導体レーザアレイ光源か
    らの各光束を被走査面上に結像させる結像レンズと、該
    半導体レーザアレイ光源の個々の発光素子を所定の信号
    に基づき独立に変調する手段と、該被走査面を該結像レ
    ンズに対し、該半導体レーザアレイ光源からの各光束に
    より形成される該被走査面上のドット列方向と略直交す
    る方向に相対的に移動させる手段を備えたことを特徴と
    するレーザプリンタ装置。
  2. 【請求項2】 前記半導体レーザアレイ光源の発光素子
    の数が700以上であることを特徴とする請求項1記載
    のレーザプリンタ装置。
  3. 【請求項3】 前記半導体レーザアレイ光源の発光素子
    が、前記結像レンズ側に向かって凹形状をなす曲線状に
    配列されてなることを特徴とする請求項1または2記載
    のレーザプリンタ装置。
  4. 【請求項4】 前記結像レンズが、前記半導体レーザア
    レイ光源側で、テレセントリックであることを特徴とす
    る請求項1〜3のうちいずれか1項記載のレーザプリン
    タ装置。
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