JPS6123531B2

JPS6123531B2 -

Info

Publication number: JPS6123531B2
Application number: JP54005812A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Minora; Kazuhiro Hirayama
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1979-01-20
Filing date: 1979-01-20
Publication date: 1986-06-06
Also published as: JPS5598719A; DE3001653C2; US4312588A; DE3001653A1

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、レーザー光源からのビームを、独立
した複数の変調ビームに変調する高速走査装置に
関するものである。 Acousto−optic（以後単にAOを略す）変調器
を使用したレーザービーム記録装置において複数
の周波数の超音波を同時にAO素子に加え光源部
からの単一のビームを複数の独立したビームに変
換し、この複数の独立的に変調された変調ビーム
で、記録媒体上を複数ビーム一括走査する事によ
り、高速記録を行なうことができる。単一周波数の超音波をAO素子に加えて、単一
のビームで走査する走査系においては、一次回折
光がBragg角の最適値を満足するようにAO素子
に入射するビームの入射角を設定するとき一次回
折光強度は極大になる。単一周波数の場合は、上記のように、一次回折
光強度が極大になるようにAO素子に入射するビ
ーヒの入射角を設定すればよいが、複数周波数を
加える場合は、次のような入射角設定が行なわれ
る。第１図は、簡単の為二つの周波数をAO素子に
加えた場合の入射角θの変化に対する一次回折光
強度の変化を示すものである。曲線Ａは周波数ν_Aに対するもので、曲線Ｂは
周波数ν_Bに対するものである。それぞれの曲線
は各々一つづつの極大値を有するが、そのどちら
か一方の曲線の極大値を発生する入射角を設定し
た場合、他方の曲線の回折光強度は低下する。こ
の様なアンバランスな回折光強度を有した二本の
ビームが記録媒体上に到達した時、それぞれのビ
ームのエネルギー密度が異なり、記録される濃度
あるいは、スポツト径に差が生じる。この様な差
を生ぜしめない為には、第１図の曲線Ａと曲線Ｂ
の交点に対応する入射角θ_０を設定すればよい。
すなわち、各周波数に対応した二つの回折光強度
を等しくすることによつて、各々のビームに対応
した記録濃度あるいは記録スポツト径を均一にで
きる。この様に、回折された各ビームの強度を等しく
させる場合のAO素子に入射させるビームの入射
角θ_０は、各回折光強度の極値に対応していない
為、AO素子に入射する実際のビームが前記の様
に設定した入射角θ_０よりずれた場合は各回折光
強度に差が生じる。この場合、前述の様に記録濃
度あるいは記録スポツト径に差が生じる。上述した様に、AO素子を変調器として用い、
複数の独立したビームを用いて走査する装置とし
ては特開昭53−101228号が知られている。この装
置のレーザー光源からAO変調器の間の光学系の
概略を第２図に示す。第２図に於いて、１はレー
ザー光源、２，３はビーム径を縮小する為のレン
ズ、４はAO変調器である。レンズ系（ビームコ
ンプレツサー）２，３はアフオーカル系で、レー
ザーから出射してビームコンプレツサーに入射す
るビーム径をBi、ビームコンプレツサーから出射
するビーム径をB₀とする。レーザーから出射す
るビームの角度が△θｉ変化したとき、ビームコ
ンプレツサーから出射するビームすなわち、AO
変調器に入射するビームの角度変化△θ_０は △θ_０＝Ｂｉ／Ｂ_０・△θｉ (1) である。即ち、この様な構成の光学系では、AO変調器
に入射するビームの角度変化△θ_０は、レーザー
を出射するビームの角度変化△θ_iに対してBi／
Bo倍だけ増巾される。本発明の目的は、環境温度変化あるいは震動に
よつて、レーザー光源から出射するビームの角度
が変化しても記録濃度あるいは、記録スポツトに
むらが生じない様な高速走査装置を提供する事に
ある。本発明に係る高速走査装置に於ては、平行ビー
ムを発するレーザー光源から出射するビームの角
度が変化しても、AO変調器に入射するビーム角
度が、ほぼ一定となる様にすることで、上記目的
を達成せんとするものである。即ち、本発明に係
る高速走査装置に於いては、レーザー光源とAO
変調器との間にその焦点距離がf₁である収斂レン
ズを配し、前記レーザー光源のレーザー光束出射
口と前記収斂レンズの間の距離をf₁＋△Ｓとし、｜△Ｓ｜＜π・Bi²／４λ 但し：Biは収斂レンズに入射するレーザービー
ムの径 λはレーザー光の波長を満足させるものである。更に、本発明に係る走査装置の好ましい実施形
態としては、上記△Ｓを零とし、上記収斂レンズ
は上記レーザーの出射口を瞳とするテレセントリ
ツク系を構成するものである。更に、本発明に係る走査装置の好ましい実施形
態としては、上記収斂変調器のビーム変調点との
間の距離をほぼf₁に取るものである。以下、本発明を祥述する。第３図は本発明に係る走査装置の、光源部から
変調器に至る光学系の概略を示す図である。第３
図に示すように、レーザー５の出射口５ａと収斂
レンズ６の間隔をレンズ６の焦点距離f₁と同じく
し、AO変調器７内の最適偏向点７ａとレンズ６
の間隔をレンズ６の焦点距離f₁と同じくするよう
に、レーザー５、レンズ６、AO変調器７を配置
する。この様な配置にすると、レーザー５からの出射
ビームL₀の方向かつ、△θｉズレてビームLiとな
つた場合AO変調器７に入射するビームL′iの位置
は、ビームL′₀に較べてレンズ６の光軸と垂直方
向にｆ・△θｉだけずれるが、AO変調器７に入
射するビームL′₀の入射方向と、AO変調器７に入
射するビームL′iの入射方向は同一方向である。上記光学系は、レーザーの出射口を瞳とするい
わゆるテレセントリツク系になつているので、ビ
ームの主光線はレンズ６を出射後光軸と平行にな
るので、レンズ６に入射するビームの角度が変化
しても、レンズ６を出射するビームの方向は変化
しないことになる。実際には、上記の様な完全なテレセントリツク
系になつている必要はない。このことを次に詳述
する。第４図は本発明に係る走査装置を用いた記録装
置全体を示す図で、５はレーザー光源、６は焦点
距離f₁の収斂レンズ、７は複数周波数の超音波を
加えて複数の一次回折光を発生し得るAO変調
器、８は焦点距離f₂を有する収斂レンズ、９は焦
点距離f₃を有する収斂レンズ、１０は回動可能の
偏向ミラー、１１は焦点距離f₄を有する結像レン
ズ、１２は感光媒体面である。同図において、レーザー出射口５ａとレンズ６
の距離をf₁＋△Ｓ、レンズ６とAO変調器の距離
をf₁とする。上記「距離」はいずれもレンズの主
点を基準とする。上記の配置において、レンズ６からf₁＋△Ｓの
距離にあるレーザー出射口からのビームの出射方
向が△θｉ傾いたときAOの変調器７に入射する
ビームの方向の傾き△θ_０は △θ_０＝△Ｓ・△θｉ／f₁ (2) である。 △Ｓ＝０のとき、前述の第３図のテレセントリ
ツク系に帰着し常に△θ_０＝０である。第５図は、本発明の効果を示す図であり、直線
g₁は第２図に示す如く、レーザー光源とAO変調
器の間にビームコンプレツサーを使用した場合、
すなわち第(1)式に対応し、直線g₂は第４図の様な
収斂レンズ６を使用した場合、すなわち第(2)式に
対応する。第５図の横軸はレーザー光源から出射するビー
ムの方向変化量△θｉ、たて軸はAO変調器７に
入射するビームの方向変化△θ_０である。｜△Ｓ｜（Ｂｉ／Ｂ_０）・f₁ (3) を満足するような△Ｓの値であればビームコンプ
レツサーを使用する場合の△θ_０より本発明にお
けるそれの方が小さくなり効果が生じる。一般に、ビームコンプレツサーを使用する場合
のAO変調器に入射するビームの方向変化△θ_０
に対し、本発明のそれは

【式】倍に小さくできる。 Biはレーザーから出射するビーム径、B₀は本発
明の場合AO変調器内の最適偏向点における結像
スポツト径である。上記結像スポツト径B₀の最適値は、AO変調器
に加える超音波の周波数に対応して決められる。また、レンズ６の焦点距離f₁の最適値は次式に
従つて決定する。 f₁＝π／４λ・Bi・B₀ (4) この(4)式を(3)式に代入すると｜△Ｓ｜＜π／４λBi² (5) となる。但しλは光の波長である。第６図は第４図に示す光学系の直交断面の展開
した模式図で、AO変調器に二種類の超音波周波
数を加えた場合感光媒体面上で二本のビームがピ
ツチＰに分離する様子を示したものである。光学系の光軸とAO変調器７に加える超音波の
伝搬方向のなす角θ_０として、AO変調器に二種
類の超音波周波数を加えた場合、一次回折光は１
３，１４の二種類発生し、それらビームのなす角
を△θ′_０とするならば感光媒体面上でそれらビ
ームの結像スポツト間隔Ｐは次の様に表わされ
る。 △Ｐ＝β・f₂・△θ′_０ (6) 但し、βは収斂レンズ８の焦点と感光媒体面１
２が共役になるような収斂レンズ９と結像レンズ
１０の合成系の結像倍率である。レンズ８とレン
ズ９の合成系（これをビームリレーレンズ系と称
す）がアフオーカルのときβ＝f₄／f₃である。ここで、本発明に係る走査装置の数値例の一例
を示し、具体的に述べる。レーザーから出射するビーム径（１／e²）Biが
1.2mm、AO変調器内の結像スポツト径（１／e²）
B₀0.15mmとする。光の波長λ＝6328Å（He−Ne
レーザー）であるとき、(4)式に従つてレンズ６の
焦点距離f₁の最適値はf₁＝223.4mmであり、(5)式に
従つて｜△Ｓ｜＜1787mmであればよい。 AO変調器に入射するビームの方向が△θ_０だ
け変化したとき、各回折１３，１４のそれぞれの
ビームの相対強度を表１に示す。

【表】上記、回折光強度の変動は感光体に露光される
べき光量の変動となる。この変動は画像の濃度、
あるいは結像スポツトサイズの変化としてあらわ
れる。前記の様に｜△Ｓ｜＜1787mmと満足するレーザ
ー５とレンズ６間の距離が設定されれば、従来の
ビームコンプレツサーを使用する場合に比べて
AO変調器の回折光強度変化の安定性はよい。しかし、我々の実施においては表１に示す回折
光強度変化が限度である。f₁＝223.4、△θ_０＜
１×10^-3を(2)式に代入すると、 △Ｓ・△θｉ＜223.4×10^-3 (7) となり、これを図示すると第７図の様になる。従来のビームコンプレツサーを使用する場合よ
り効果があるためには前述のように △Ｓ＜1787 (8) でなければならない。一方、レーザーの出射口とレンズ６の距離は正
でなくてはならない。 △Ｓ＞−f₁＝−223.4 (9) を満足しなければならない。上記(7)、(8)、(9)式の
共通領域は第７図の斜線部及びである。第８図は本発明に係る高速走査装置を適用した
コンピユーターアウトプツトプリンターの基本的
な構成を模式的に示した図である。レーザー発振
器２１より出射されたレーザービームは、上記収
斂レンズ系２２を介して多重変調器であるAO変
調器２３に入射する。AO変調器には不図示のコ
ンピユーターからの書込み信号が印加されてお
り、該信号によりビームの変調を行う。AO変調
器２３で複数の変調ビームに分離されて射出した
ビームは、アフオーカル光学系２４によりビーム
径を拡大され、鏡面を１個ないし複数個有し駆動
機構２５により回転される多面体回転鏡２６に入
射する。回転多面鏡２６により水平に掃引された
レーザービームはｆ−θ特性を有する結像レンズ
２７により、感光ドラム２８上にスポツトとして
結像される。一般の結像レンズでは、光線の入射
角θの時、像面上での結像する位置ｒについて、
ｒ＝ｆ・tanθ（ｆ：結像レンズの焦点距離）な
る関係があり、本実施例のように多面体回転鏡２
６を定速回転させる場合においては反射されるレ
ーザービームは結像レンズ２７への入射角が、時
間と共に一次関数的に変化する。従つて、像面た
る感光ドラム２８上での結像されたスポツト位置
の移動速度は、非直線的に変化し一定ではない。
すなわち、入射角が大きくなる点で移動速度が増
加する。従つて、一定時間間隔で、レーザービー
ムをONにしてスポツト列を感光ドラム２８上に
描くと、それらの間隔は両端が、中央部に比較し
て広くなる。この現象を避けるため、結像レンズ
２７は、ｒ＝ｆ・θ なる特性を有するべく設計される。この様な結像レンズ２７をｆ−θレンズと称す
る。さらに、平行光を結像レンズでスポツト状に
結像させる場合、そのスポツト最小径dminは、 dmin＝ｆλ／Ａ但しｆ；結像レンズの焦点距離 λ；用いられる光の波長Ａ；結像レンズの入射開口で与えられ、ｆ、λが一定の場合Ａを大きくすれ
ばより小さいスポツト径dminが得られる。先に
述べたアフオーカル光学系２４は、この効果を与
えるために用いられる。上記の如く、偏向、変調されたレーザービーム
は、感光ドラム２８に照射され、電子写真処理プ
ロセスにより顕像化された後、普通紙に転写、定
着されハードコピーとして出力される。本実施例
に適用される電子写真プロセスの１例として本出
願人の特公昭42−23910号公報に記載のごとく、
導電性支持体、光導電性層及び絶縁層を基本構成
体とする感光ドラム２８の絶縁層表面を、第１の
コロナ帯電器２９によりあらかじめ正または負に
一様に帯電し、光導電性層と絶縁層の界面もしく
は、光導電性層内部に前記帯電極性と逆極性の電
荷を捕獲せしめ、次に前記被帯電絶縁層表面に前
記レーザービームを照射すると同時に、第２のコ
ロナ帯電器３０による交流コロナ放電または第１
の帯電と逆極性の放電を当て、前記レーザービー
ムの明暗のパターンに従つて生ずる表面電位の差
によるパターンを前記絶縁層表面上に形成し、前
記絶縁層表面全面を全面露光ランプ３１により一
様に露光し、コントラストの高い静電潜像を前記
絶縁層表面上に形成し、さらには前記静電潜像を
荷電着色粒子を主体とする現像剤にて現像装置３
２により現像して可視化した後、後述の手段によ
り感光ドラム２８に定着せしめられたフアンホー
ルド紙（以下用紙と記述する）３３に前記可視像
を転写帯電器３４により転写し、次に、定着手段
によつて転写像を定着して電子写真プリント像を
得、一方転写が行なわれた後、前記絶縁層表面を
クリーニング装置３５によりクリーニングして残
存する荷電粒子を除去し、前記感光ドラム２８を
繰り返し使用するものである。さらに他の実施例
として、本出願人の特公昭42−19748号公報に記
載のごとき電子写真の静電像形成プロセスが適用
される。すなわち、導電性支持体、光導電層及び
絶縁層を基本構成体とする感光ドラムを用い、前
記絶縁層表面は第１のコロナ放電によりあらかじ
め一様に正または負に帯電し、光導電性層と絶縁
層の表面もしくは、光導電性層の内部に前記帯電
極性と逆極性の電荷を捕獲せしめ、さらに前記被
帯電表面に交流コロナ放電を当て前記絶縁層表面
の電荷を減衰せしめ、次いで、情報信号としての
前記レーザービームを照射し、レーザービームの
明暗に従つた静電潜像を前記絶縁層表面上に形成
し、後、前記静電像を現像する過程以後は第１の
実施例と同様である。なお、３６は前除電用帯電
器、３７は前露光ランプで前除電帯電器３６は感
光ドラム２８の表面電位を一定かつ一様にし前露
光ランプ３７は感光層の特性を一定かつ一様にす
るものでこれらは協動してクリーニング装置３５
を経た感光ドラム２８に残留する種々の前歴、例
えば、残留電位を消去する動きをなし常に安定な
画像を得るに役立つものである。本出願人は本実
施例に適用される電子写真プロセスにおいて常に
安定且良好な画像を得る手段として（特願昭51−
111562）静電潜像安定化方法を提案している。３
８はかかる手段を実現するための静電電位計であ
り、感光ドラム２８に明部即ちレーザービームで
走査し露光した部分と暗部を設け各々の静電電位
を測定するものである。３９はキヤリア除去装置
で現像器３２内の現像剤に混在するキヤリヤが感
光ドラム２８に付着し用紙への付着或いはクリー
ニング装置３５に混入するのを防ぐものである。次に搬送について記述するならば３３はコンピ
ユータ等の出力に通常用いられるが如き未印刷の
用紙で、幅方向の両端部に送り孔を有するが如き
ものである。４０は用紙の円滑な搬送を助けるた
めに設けられた保持棒であり、４１は発光ダイオ
ードの如き光源、４２はホトダイオードの如き光
検出器であり、４１，４２は協動して用紙の終端
検出器を構成するものである。４３は前記送り孔
に係合するピンが配列された公知のトラクター
で、不図示のトラクター軸の回転に依りピンが回
動し、用紙を搬送するもので、４４は用紙搬送の
ためのガイドローラである。４５は後述の如く、
用紙が転写ローラ４６，４７の作動に依り、感光
ドラム２８に圧接せられ、更に転写帯電器３４の
作動に依り、用紙が感光ドラム２８に密着せしめ
られている状態から、転写が終了し転写帯電器３
４の作動停止と転写ローラ４６，４７の感光ドラ
ム２８からの離間にも拘らず用紙が感光ドラム２
８に張に着いているのを離すための分離爪であ
る。４６，４７は同時に同方向に作動し用紙を感光
ドラム２８に圧接せしめるための転写ローラであ
る。４８は用紙搬送時に用紙に加かるテンシヨンが
規定値より大きく変化した場合そのテンシヨンを
吸収する働きをも兼ねているガイドローラであ
り、４９は中空円筒状で円筒の中心部にヒータ等
の熱源を有する予備加熱ローラであり、用紙に転
写せられたトナーを定着するための定着ローラ５
０であり、バツクアツプローラ５１と共に定着装
置を構成するものである。５０は中空円筒状で円筒の中心部にはヒータ等
の熱源を有する定着ローラ、５１はトナーが転写
せられた用紙を定着ローラ５０との間に圧接し、
定着ローラ５０からの熱をトナー及び用紙に伝わ
り易くすると共に、トナーに高圧力を与えて定着
を行なうバツクアツプローラである。５２，５３
は定着の完了した用紙を排出するための排出ロー
ラ、５４は印刷の完了した用紙である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、多重変調器で変調されたビームの強
度の一実施例を示す図、第２図は従来の高速走査
装置の一実施例の部分概略図、第３図は本発明に
係る高速走査装置の原理を説明する為の図、第４
図は本発明を適用した走査装置の一実施例の概略
を示す図、第５図は本発明に係る装置と従来の装
置の効果を比較する為の図、第６図は第４図に示
す装置の直交断面を展開した模式図、第７図は本
発明に係る装置の一実施例に於いて、△Ｓと△θ
ｉとの関係を示す図、第８図は本発明に係る装置
を、レーザービームプリンターに適用した一実施
例を示す図。５……レーザー光源、６……収斂レンズ、７…
…AO変調器、５ａ……レーザー光源の出射口、
７ａ……AO変調器内の最適偏向点。

Claims

【特許請求の範囲】１平行ビームを発するレーザー光源からのビー
ムをAO変調器により複数の独立した変調ビーム
に変調し、該複数のビームにより被走査面上を走
査するレーザー走査装置に於いて、前記レーザー
光源とAO変調器の間にはその焦点距離がf₁であ
る収斂レンズが配されており、前記光源の出射口
と前記収斂レンズの間の距離をf₁＋△Ｓとし、｜△Ｓ｜＜π・Bi²／４λ 但し：Biはレーザービームの径 λはレーザー光の波長を満足させることにより、AO変調器から射出さ
れる各々のビームの光量変化を防止した事を特徴
とする高速走査装置。２上記△Ｓは零であり、上記収斂レンズは上記
レーザーの出射口を瞳とするテレセントリツク系
を構成する特許請求の範囲第１項記載の高速走査
装置。