JPS6031417B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子計算器、ファクシミリ送信機等からの画像
情報を高速かつ高品質に記録及び表示する手段として用
いられる光走査装置に関する。

複数の走査線に対応するラインメモリを用意しておき、
複数本の光走査を同時に行って、１回の光走査、つまり
主走査で複数本の書込みを終了する方式はマルチビーム
走査方式として知られている。マルチビーム走査方式で
は、走査面の送り、つまり副走査の速度はビーム本数に
応じて決まり、高速な印字速度を必要とするプリンタ等
には有効な方式である。

このようなマルチビーム走査方式の光源としては、半導
体レーザをモノリシックまたはハィブリットにアレイ化
した素子、すなわち半導体レーザアレィが考えられる。

半導体レーザは直接変調が可能なこと、形状が小型なこ
と、廉価なこと等有利な点が多く、また半導体レーザを
アレイ化することは、半導体製造技術上容易である。た
だし、各レーザ間のピッチは５０山肌程度が限度とされ
る。これ以上ピッチを小さくすると、各素子の電気的、
光学的分離が不良になり、各レーザの独立変調が不能に
なったり、発熱が集中するため素子の寿命が短かくなる
等の問題が生じてくる。ここで半導体レーザを光源とし
た従釆の光走査装置を第１図により説明する。

半導体レーザ１から放射される光ビーム２の通常の広が
り角は４０度以上あり、これを集光して平行ビームにす
るレンズ３は、可能な限り明るいレンズが使用されてい
る。平行ビームとなった光ビーム２は、回転多面鏡のよ
うな偏向器４により光軸に対して垂直な面内で偏向され
、走査歪補正機能付きのレンズ５を通過して感光体６上
に結像、走査される。上述した光走査装置において、半
導体レーザ１の発光部は数山肌以下であり、点光源とみ
なせる。

光学系はしンズ３と５で結像系を構成しており、レンズ
３の焦点距離ｆ，としンズ５の焦点距離らとの比が倍率
ｍとなっている。つまり、ｍ＝ら／ｆ，である。さらに
、Ｆ，，Ｆ２をレンズ３，５の明るさを示すＦナンバと
すれば、Ｆの関係式Ｆ＝ｆ／Ｄ（ｆはしンズの焦点距離
、Ｄはしンズの口径）と、平行ビームを出射、入射する
ことからレンズ３と５の口径を等しくとればｍ＝ｆ２／
ｆ，＝Ｆ２／Ｆ，の関係式が成立する。実用上、走査幅
３０物舷以上に適する走査歪補正機能付きのレンズ５の
Ｆナンバは２０程度であり、明るいレンズの製作は困難
でかつ高価である。

前述したように、レンズ３は明るいレンズである必要が
あるので、倍率ｍはＦ２＝２０、Ｆ，＝１とするとｍ＝
２０となり、２の音以上の拡大倍率となる。これに対し
て半導体レーザアレィのピッチは、前述したように５０
仏の程度以上であるので、２折音の拡大倍率を持つ結像
光学系による感光体６上の結像スポットのピッチは１柳
以上となってしまう。通常のプリンタ等で要求される副
走査密度は１０本／肌程度であるが、単に半導体レーザ
アレイを光源として光走査装置に用いた場合、副走査密
度は前述した説明からみて１本／伽程度にしかならず、
実用的ではない。また、結像スポット径については、半
導体レーザ１が点光源とみなせるので、レンズ５による
回折現像でほぼ決まる。

ェアリーディスクを結像スポット径ｄとすると、ｄ＝２
．４４２入（入は光波長）であり、入が０．８一肌程度
であるなら、Ｆ２＝４の星度でもｄは８０山肌以下にな
る。この関係は半導体レーザアレィでも同じことである
。本発明は半導体レーザアレィを用いたマルチビーム走
査方式で、かつ副走査のピッチを容易に変更することで
きる光走査装置を得ることを目的とし、そのために、光
走査方向に対する半導体レーザアレィ方向の回転調整を
行って副走査のピッチを制御し、同時に主走査の遅延を
制御することを特徴とする。

本発明の一実施例を第２図により説明すると、７は半導
体レーザアレィであり、その発光面はしンズ３の光軸に
垂直な面内にあって、各レーザからの出力は前記レンズ
３によって平行ビーム群８となる。

光学系は第１図のものと同様に構成されており、感光体
６上に半導体レーザアレィ７の発光面の拡大像が複数の
スポットとしてレンズ５により結像し、そのスポット像
は偏向器４によって走査される。レンズ３はＦ！１であ
り、半導体レーザアレィの光量損失はほとんどない。９
は例えばギア列等による回転角減衰機構であり、該回転
角減衰機構９の回転角伝達側の回転中心に前記半導体レ
ーザアレィ７が取付けられている。

１川ま例えばステップモ−夕のような回転駆動装置であ
り、該回転駆動装置１０と回転角減衰機構９は微小回転
角調整装置として一体に動作し、半導体レーザアレイ７
のアレイ方向をレンズ３の光軸に垂直な面内で回転及び
保持できるように構成されている。

第３図は感光体６上における半導体レーザァレィ７のス
ポット像を示しており、矢印Ａは主走査方向を示し、矢
印Ｂは副走査方向を示している。

各スポット像を結ぶ直線と主走査方向とが成す角度８で
表わしており、この角度のま前記微小回転角調整装置に
よって調整することができる。また光学系の結像倍率を
ｍとすると、スポット像のピッチは半導体レーザアレィ
７のピッチｐのｍ倍であり、副走査方向のピッチはｍｐ
ｓｌｎ８、主走査方向のピッチはｍｐｃｏｓ８となる。
なお、ここで主走査方向と副走査方向とは直交している
ものとする。副走査方向のピッチｍｐｓｌｎ８‘ま、角
度８を調整することにより、光学系の倍率ｍや半導体レ
ーザアレイ７のピッチｐを固定したままで自由に選ぶこ
とができ、極端な場合は８を零度として主走査を１本に
することができる。なお、副走査の速度については後で
述べる。次に、上述したような主走査に対して、ある角
度で直線上に並ぶスポット像を走査した場合の同期方式
を説明する。

第４図は本発明による制御方式を示しており、１１はビ
デオ信号等を各ラインに対応して収容するシフトレジス
ト等のラインメモリであって、半導体レーザアレィ７の
レーザ個数と同数設けられている。１２はラインメモリ
ー１からの信号によって各レ−ザを変調するドライバで
ある。

１３は遅延制御回路であって、例えばモノステーフルマ
ルチパイプレータ等で構成されており、各ラインメモリ
１１の出力を各ドライバ１２に送り始めるタイミングを
制御する。

つまり、光電変換等の手段で得た主なる同期信号に対し
て、異なった遅延時間で従なる同期信号をラインメモリ
１１の数だけ発生する。第３図によって説明したように
、主走査方向のスポット像のピッチはｍｐＣｏｓ８であ
って、走査速度が一定速度しであるとすれば、第１番目
のスポット像に対して、第２番目のスポット像は△ｔ時
間遅れているので、△ｔ＝ｍｐｃｏｓ８／しとなる。第
３番目以降も同様であり、第ｎ番目‘よｎ△ｔ時間遅れ
ることになる。従って遅延制御回路１３は、△ｔの倍数
で順次遅延時間を設定すればよく、無論各ビーム毎に遅
延時間を設定して同期を得るようにしてもよい。第５図
は遅延の時間を示すタイムチャートであり、ａは主なる
同期信号であって、第１番目のラインメモリ１１に対す
る同期信号でもある。

ｂ，ｃ，ｄは各々第２番目、第３番目、第ｎ番目のレー
ザに対する従なる同期信号である。以上説明した制御方
式によって各ビームの同期を得ることができる。

次に副走査について説明する。

マルチビーム走査の周期（偏向器４の走査周期）Ｔに対
して副走査の速度（感光体６の回転速度）しは、し＝ｎ
・ｍｐｓｉｎ８／Ｔにすれば主走査と整合する。ここで
ｎはマルチビームの本数である。通常、角度０の調整で
副走査のピッチを変えたときは、偏向器４の走査周期Ｔ
や感光体６の回転速度〃を調整して主走査との整合をと
る必要がある。しかし本発明では、偏向器４の走査周期
Ｔや感光体６の回転速度〃を固定したまま、副走査のピ
ッチを変えることができる。すなわち、ｎ番目のビーム
を使用せずに（ｎ−１）本のマルチビームで走査するよ
うにラインメモリー１にビデオ信号を入力して、ｎｓｍ
８＝（ｎ−１）ｓｉｎ８′の関係が成立する角度６′ま
で角度ａの調整と、前述した遅延時間△ｔとを調整すれ
ば、主走査との整合と主走査との同期とを取ることがで
きる。このことは（ｎ−２）本以下のマルチビームとす
る場合についても同様である。このようにして角度６の
調整及びマルチビームの本数（即ち駆動レーザの個数）
を制御することにより、副走査の速度（感光体６の回転
速度）し、偏向器４の走査周期Ｔ、光学系の倍率ｍ、半
導体レーザァレィのピッチｐを調整変動することなく、
副走査のピッチすなわち副走査密度を不連続ではあるが
可変することができる。

感光体６の回転速度、及び偏向器４の走査周期を変える
ことは慣性が大きいため容易ではない。従って上述した
ように半導体レーザアレィと組合わせた微小回転角調整
装置をラインメモリ等の制御だけで副走査密度を可変で
きるということは極めて大きな効果である。以上述べた
実施例の効果をまとめると、半導体レーザアレィを光源
として光量損失のない結像走査を行うことができ、かつ
マルチビーム走査を行うことができるので、高速記録等
が容易となる。

半導体レーザアレィのアレイピッチや、光学系の結像倍
率の設計に自由度を持たせることができる。副走査、主
走査及び光学系を調整変動することなく副走査密度を容
易に変更することができる。本発明の具体的な構成例を
述べると、ピッチｐが５０一肌、レーザ個数５ドットの
半導体レーザアレィ７と、ら＝１０，Ｆ，＝１のレンズ
３と、回転多面鏡による偏向器４とら＝４００，Ｆ２＝
４０の走査歪補正機能付きのレンズ５とで走査装置を構
成した。また、回転角減衰機構９としてギア比１／３の
ギア列を用い、回転駆動装置１０として１．８度／ステ
ップのステップモータを用いて微小回転角調整装置を構
成し、該装置により角度８を２．４度に設定して３００
本／ィンチの副走査密度を設定した。ここで走査速度〃
が１肌／肌ｓｅｃの回転多面鏡すなわち偏向器４で走査
した。

このときの主走査周期は１凧ｓｅｃであり、王なる同期
信号に対する遅延時間△ｔは２ムＳｅｃである。次に、
ステップモータを１ステップ駆動して角度８を３度にし
、半導体レーザアレィ７を４ドットアレイで使用して副
走査密度を２４０本／ィンチに変更した。

変更に要する時間はステップモータの駆動時間によって
決まり、１仇ｓｅｃである。遅延時間△ｔは角度８が小
さいので変更する必要はなかった。主走査の分解館につ
いては詳しい説明を省略するが、制御クロック等を変更
すれば容易に変えることが可能である。以上説明したよ
うに本発明は、光源として半導体レーザアレィを用い、
これを微小回転角調整装暦及び遅延制御回路等に組合わ
せてマルチビーム走査が行えるようにしているため、高
速レーザビームプリン外こ利用することができ、また分
解能を容易に変更できる走査方式であるのでレーザビー
ムプリンタの書式に自由度を持たせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す概略説明図、第２図は本発明の一
実施例を示す概略説明図、第３図は本発明におけるスポ
ット像の説明図、第４図は本発明における制御方式の一
例を示すブロック図、第５図は本発明における制御例を
示すタイムチャート、第６図は本発明における副走査を
説明するためのスポット図を示す図である。 ３……レンズ、４・・・・・・偏向器、５・・・・・・
レンズ、６・・・・・・感光体、７・・…・半導体レー
ザアレイ、８・・・・・・平行ビーム群、９・・・・・
・回転角減衰機構、１０・・・・・・回転駆動装置、１
１・・・・・・ラインメモリ、１２．・・．・・ドライ
バ、１３・・・・・・遅延制御回路。 第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光源から発光されたビームを結像光学系と偏向器と
   によつて走査する光走査装置において、光源として半導
   体レーザアレイを用い、かつ該半導体レーザアレイのア
   レイ方向と主走査方向とのなす角度の調整及び保持を行
   う回転角減衰機構と回転駆動装置とより成る微小回転角
   調整装置と、該微小回転角調整装置の回転角に対応した
   遅延時間を単位にとつてビーム走査の主なる同期信号に
   対して前記半導体レーザアレイの各レーザの変調開始を
   順次遅らせる遅延回路とを備え、前記微小回転角調整装
   置により前記角度を調整すると共に、変更された当該角
   度に応じて前記半導体レーザアレイのレーザ駆動個数を
   増減させることにより副走査密度を調整可能としたこと
   を特徴とする光走査装置。