(57)【特許請求の範囲】
【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、前記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各光ファイバの光導出端での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構成であることを特徴とするレーザビーム走査装置。
【請求項２】
前記偏光状態を調整する手段は前記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に記載のレーザビーム走査装置。
【請求項３】
前記偏光状態を調整する手段は、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に記載のレーザビーム走査装置。
【請求項４】
前記走査反射ミラーは、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３のいずれかに記載のレーザビーム走査装置。
【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ｆθ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、この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各光ファイバの光導出端での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。
【００１２】
ここで、偏光状態を調整する手段は、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〜１４Ｄ）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〜１１Ｄ）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１４で発生されたレーザ光を光ファイバ１１の光導入端１１ｂ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ＬＢ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〜１４Ｄ）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１４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１１ａでのＳＰ混合偏光状態を測定しながら各光ファイバ１１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ＬＢ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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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