JPH10170845A - 画像密度切換え走査光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像密度に対応したビーム径を安定して維持
し、かつ、小型の画像密度切換え走査光学装置を得る。 【解決手段】 半導体レーザ素子１，２は、相互に独立
して点灯可能であり、それぞれ波長が、λ₁，λ₂（λ₁
＜λ₂）のレーザビームＬ１，Ｌ２を放射する。ビーム
スプリッタ３は、レーザビームＬ１，Ｌ２の光路を重ね
合わせるものであり、光路に沿って半導体レーザ素子
１，２とコリメータレンズ４の間に配置されている。ビ
ームスプリッタ３から出射したレーザビームＬ１，Ｌ２
は相互に異なるビーム径を有しており、それぞれの光軸
が一致するように、光路が重ね合わされている。高密度
画像を描画する場合には、半導体レーザ素子１のみが点
灯され、感光体ドラム上に高密度画像を形成する。逆
に、低密度画像を描画する場合には、半導体レーザ素子
２のみが点灯される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像密度切換え走
査光学装置、特に、レーザプリンタやデジタル複写機の
画き込みヘッド等に用いられる画像密度切換え走査光学
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、画像密度切換え走査光学装置
として、二つのレーザ光源とこの二つのレーザ光源毎に
設けられたコリメータレンズを備えたものが知られてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
画像密度切換え走査光学装置にあっては、レーザ光源毎
にコリメートする光学系を設けていたため、装置が大型
であった。また、レーザ光源毎に走査光学系の副走査方
向の倍率βを異ならせて画像密度切換えを行なった場
合、環境（温度）変化によるビームウエストシフト量が
レーザ光源間で異なり、一定のビーム径を維持すること
が困難であった。

【０００４】そこで、本発明の目的は、画像密度に対応
したビーム径を安定して維持し、かつ、小型の画像密度
切換え走査光学装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用】以上の目的を達
成するため、本発明に係る画像密度切換え走査光学装置
は、 （ａ）それぞれ独立して点灯される複数のレーザ光源
と、 （ｂ）前記レーザ光源から放射されたレーザビームの光
路を重ね合わせる光路重ね合わせ手段と、 （ｃ）前記光路重ね合わせ手段から出射したレーザビー
ムを略平行光束に変換する光束変換手段とを備え、 （ｄ）前記光路重ね合わせ手段を光路に沿って前記レー
ザ光源と前記光束変換手段との間に配置し、前記レーザ
光源から放射されたそれぞれのレーザビームが、異なる
ビーム径を有して前記光束変換手段を出射すること、を
特徴とする。

【０００６】以上の構成により、レーザ光源毎にコリメ
ートする光学系を設ける必要がなくなり、装置がコンパ
クトになる。また、レーザ光源毎に走査光学の副走査方
向の倍率βを異ならせる必要がなくなり、環境（温度）
変化によるレーザ光源間のビームウエストシフト量が小
さくなり、ビーム径が安定する。ここに、光束変換手段
から出射するレーザビームの径を異ならせるためには、
例えば、レーザ光源として、相互に波長の異なるレーザ
ビームを放射する半導体レーザ素子を用い、さらに、前
記半導体レーザ素子の波長に感度ピークを有した複数波
長感度感光体を備えるとよい。あるいは、レーザ光源と
して、相互に拡がり角度の異なるレーザビームを放射す
る半導体レーザ素子を用いるとよい。あるいは、レーザ
光源として、相互に出力の異なるレーザビームを放射す
る半導体レーザ素子を用い、さらに、前記高出力側の半
導体レーザ素子から放射されるレーザビームの光束を規
制するための規制部材を備えるとよい。そして、これら
の方式を任意に組み合わせることにより、画像密度の組
合わせ設定の自由度も広がる。

【０００７】また、複数のレーザ光源を同期して点灯さ
せることにより、レーザ光源から放射されたレーザビー
ムを合成して、さらに低密度の画像を画像面上に形成し
てもよい。また、本発明に係る画像密度切換え走査光学
装置は、レーザ光源が二つであり、光路重ね合わせ手段
が、前記レーザ光源のいずれか一方のレーザ光源から放
射されたレーザビームを透過しかつ他方のレーザ光源か
ら放射されたレーザビームを反射する面を有し、該面に
光量損失防止のための干渉膜を設けたことを特徴とす
る。この干渉膜は、光路重ね合わせ手段を透過するレー
ザビームに対しては高透過率を有し、かつ、光路重ね合
わせ手段を反射するレーザビームに対しては高反射率を
有するため、光路重ね合わせ手段をレーザビームが通る
際の光量損失を最小限に抑える。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る画像密度切換
え走査光学装置の実施形態について添付図面を参照して
説明する。各実施形態で同一部品及び同一部分には同じ
符号を付した。 ［第１実施形態、図１〜図８］図１に示すように、画像
密度切換え走査光学装置は、光源ブロック１０と、シリ
ンドリカルレンズ５と、ポリゴンミラー６と、走査レン
ズ群７とで構成されている。

【０００９】光源ブロック１０の半導体レーザ素子１，
２はそれぞれ図示しない駆動回路に入力された印字デー
タに基づいて相互に独立して変調（オン，オフ）制御さ
れ、オン時にレーザビームを放射する。レーザビームは
光源ブロック１０のコリメータレンズ４で略平行に収束
され、シリンドリカルレンズ５によってポリゴンミラー
６の偏向面上に副走査方向のみ集光する。

【００１０】ポリゴンミラー６は回転軸６ａを中心とし
て矢印ａ方向に一定速度で回転駆動される。レーザビー
ムはポリゴンミラー６の回転に基づいて各偏向面で等角
速度に偏向され、走査レンズ群７に入射する。走査レン
ズ群７によって屈折、反射されたレーザビームは、感光
体ドラム８上に集光され、感光体ドラム８上に矢印ｂ方
向に走査する。走査レンズ群７は主にポリゴンミラー６
で等角速度で偏向されたレーザビームを被走査面（感光
体ドラム８）上での主走査速度を等速に補正、即ち、歪
曲収差を補正する機能を有している。感光体ドラム８は
矢印ｃ方向に一定速度で回転駆動され、ポリゴンミラー
６による矢印ｂ方向への主走査とドラム８の矢印ｃ方向
への副走査によってドラム８上に画像（静電潜像）が形
成される。

【００１１】光源ブロック１０は、相互に波長の異なる
二つの半導体レーザ素子１，２と、一つのキューブ型ビ
ームスプリッタ３と、一つのコリメータレンズ４を備え
ている。図２〜図５を参照してより詳細に説明する。図
２は光源ブロック１０の正面図、図３は平面図、図４は
左側面図、図５は右側面図である。図２に示すように、
半導体レーザ素子２は、内周にネジ溝が形成された円筒
部材１２の筒内に嵌め込まれた後、外周がネジ形状であ
る円筒部材１３を部材１２の内周に形成されたネジ溝を
利用して部材１２の筒内にネジ込むことにより、部材１
３にて半導体レーザ素子２を部材１２の内壁面に押し付
けて固定する。部材１２は、Ｖ字形状を有するブロック
１４上に半導体レーザ素子２が光軸方向に移動可能な状
態で載置され、フォーカス調整後に板バネ１５及びネジ
１６（図３参照）にてブロック１４に固定される。ブロ
ック１４は、半導体レーザ素子２が所望の位置に配置さ
れるように、半導体レーザ素子２から放射されるレーザ
ビームＬ２の光軸に対して垂直な面内で位置調整された
後、ベースブロック１８の左端部にネジ１７（図４参
照）を用いて固定される。

【００１２】半導体レーザ素子１は、ホルダ２５に板ば
ね２７及びネジ２８（図３参照）を用いて固定される。
ホルダ２５はベースブロック１８上に載置され、半導体
レーザ素子１が所望の位置に配置されるように、半導体
レーザ素子１から放射されるレーザビームＬ１の光軸に
対して垂直な面内で位置調整された後、ベースブロック
１８にネジ２９を用いて固定される。半導体レーザ素子
１から放射された直後のレーザビームＬ１の進行方向と
半導体レーザ素子２から放射された直後のレーザビーム
Ｌ２の進行方向は垂直関係にある。

【００１３】また、半導体レーザ素子１と半導体レーザ
素子２のそれぞれの発光点から、ビームスプリッタ３の
反射／透過面までの光学距離（実際の物理的距離を媒質
の屈折率で除したもの）は、相互に等しい数値となるよ
うに配置されている。このように、配置することによ
り、環境温度の変化に対して二つの光源からのレーザビ
ームＬ１，Ｌ２が等しい挙動を示すことになるため、画
像密度切換えを行っても、相互のレーザビームＬ１，Ｌ
２の被走査面上での相対的なビーム径は変化しない。ま
た、例えば、コリメータレンズ４以降の光学系に、温度
変動によりシフトしたビームウェスト位置を補正する構
成を追加することも容易である。なお、半導体レーザ素
子１，２は、角度の大きい垂直方向の拡がり角の方向を
主走査方向に対して平行にし、角度の小さい水平方向の
拡がり角の方向を副走査方向に対して垂直になるように
配置している。

【００１４】ベースブロック１８の左寄りの位置には、
ビームスプリッタ３が板バネ２０，２１の弾性力にて固
定されている。板バネ２０，２１は、その一端部がネジ
２２（図３参照），２３（図４参照）にてベースブロッ
ク１８にネジ留めされている。ただし、ビームスプリッ
タ３の固定方法は、必ずしもこのような方法に限るもの
ではなく、例えばベースブロック１８に接着剤にて固定
してもよい。

【００１５】ベースブロック１８の右寄りの部分には、
Ｖ字溝１８ａ（図５参照）が形成されており、このＶ字
溝１８ａ上にコリメータレンズ４が鏡胴３１を介して、
光軸方向に移動可能な状態で載置される。コリメータレ
ンズ４はフォーカス調整後に、ネジ３３を用いてベース
ブロック１８に固定されている取付け部材３２及び虫ネ
ジ３４により、ベースブロック１８に固定される。半導
体レーザ素子１からコリメータレンズ４までの光路長
と、半導体レーザ素子２からコリメータレンズ４までの
光路長とは、等しい寸法に設定されている。これによ
り、半導体レーザ素子１，２相互の光学系が光学的に等
しくなり、温度変化によるビームウエストシフト量が略
等しくなる。この結果、画像密度間でのレーザビーム走
査位置の相対的位置ずれが小さくなり、温度補償を容易
に行なうことができる。

【００１６】半導体レーザ素子１，２は、それぞれ波長
がλ₁，λ₂（λ₁＜λ₂）のレーザビームＬ１，Ｌ２を放
射する。そして、感光体ドラム８として、図６に示すよ
うに、半導体レーザ素子１，２のそれぞれの波長λ₁，
λ₂に感度のピークを有する二波長感度感光体ドラムが
用いられる。ビームスプリッタ３は、半導体レーザ素子
１，２から放射されたレーザビームＬ１，Ｌ２の光路を
重ね合わせるものである。第１実施形態の場合、ビーム
スプリッタ３から出射したレーザビームＬ１，Ｌ２のそ
れぞれの光軸が一致するように、光路が重ね合わされ
る。このビームスプリッタ３は三角形のプリズムを２個
組み合わせたものである。ビームスプリッタ３を構成す
る三角形プリズムは硝材（光学的に透明な材料であり、
例えば光学ガラス）にて製作された後、合わせ面３ａに
干渉膜９がコーティングされている。干渉膜９は表１に
示すように、ＳｉＯ₂薄膜とＴｉＯ₂薄膜を硝材（第１実
施形態の場合は、光学ガラス）上に交互に積み重ねたも
のである。

【００１７】

【表１】

【００１８】図７は、この干渉膜の反射率特性を示すグ
ラフである。ビームスプリッタ３は光路に沿って半導体
レーザ素子１，２とコリメータレンズ４の間に配置さ
れ、その合わせ面３ａは半導体レーザ素子１，２から放
射されるレーザビームＬ１，Ｌ２の進行方向に対して４
５度傾斜している。以上の構成からなる画像密度切換え
走査光学装置において、コリメータレンズ４の焦点距離
をｆ_co、半導体レーザ素子１，２の拡がり角をθとする
と、コリメータレンズ４から出射された直後のレーザビ
ームの光束幅Ｗ_coは以下の関係式（１）で表示される。

【００１９】 Ｗ_co＝２ｆ_co・ｓｉｎ（θ×（√（２／ｌｎ２））／２） ……（１） ここで、コリメータレンズ４として、色消しされていな
いものを用いれば、焦点距離ｆ_coが半導体レーザ素子
１，２の波長に依存して変わるため、光束幅Ｗ_coが変化
する。すなわち、半導体レーザ素子１の波長λ₁は半導
体レーザ素子２の波長λ₂より小さいので、波長λ₁に対
する焦点距離ｆ_co1は波長λ₂に対する焦点距離ｆ_co2よ
り大きくなる。従って、前記関係式（１）よりコリメー
タレンズ４から出射された直後のレーザビームＬ１の光
束幅Ｗ_co1は、レーザビームＬ２の光束幅Ｗ_co2より大き
くなる（図８参照）。

【００２０】一方、レーザビームがシリンドリカルレン
ズ５や走査レンズ群７へ入射する際のビーム径と感光体
ドラム８上のビームウエスト径の関係は、以下の関係式
（２）及び（３）で表示される。 Ｄ_m＝（４・λ・ｆ_o）／（π・Ｗ_m） ……（２） Ｄ_s＝（４・λ・ｆ_cy・β）／（π・Ｗ_s） ……（３） ただし、Ｄ_m：感光体ドラム上の主走査方向のビームウ
エスト径 Ｄ_s：感光体ドラム上の副走査方向のビームウエスト径 Ｗ_m：走査レンズ群へ入射する際のレーザビームの主走
査方向のビーム径 Ｗ_s：シリンドリカルレンズへ入射する際のレーザビー
ムの副走査方向のビーム径 λ：レーザビームの波長 ｆ_o：走査レンズ群の焦点距離 ｆ_cy：シリンドリカルレンズの焦点距離 β：偏向点と像点との副走査倍率 ここで、走査レンズ群７に縦色収差の小さいレンズを用
いれば、感光体ドラム８上のビームウエスト径Ｄ_mは走
査レンズ群７に入射する際のビーム径Ｗ_mに反比例し、
ビームウエスト径Ｄ_sはシリンドリカルレンズ５に入射
する際のビーム径Ｗ_sに反比例する。

【００２１】前記関係式（２）より、半導体レーザ素子
１の波長λ₁と半導体レーザ素子２の波長λ₂は以下の関
係式（４）を満足する。 λ₂＝（Ｄ_m2・Ｗ_m2）λ₁／（Ｄ_m1Ｗ_m1） ……（４） λ₂＝（Ｄ_s2・Ｗ_s2）λ₁／（Ｄ_s1Ｗ_s1） ……（５） ただし、Ｄ_m1：感光体ドラム８上のレーザビームＬ１の
主走査方向のビームウエスト径 Ｄ_m2：感光体ドラム８上のレーザビームＬ２の主走査方
向のビームウエスト径 Ｗ_m1：走査レンズ群７へ入射する際のレーザビームＬ１
の主走査方向のビーム径 Ｗ_m2：走査レンズ群７へ入射する際のレーザビームＬ２
の主走査方向のビーム径 Ｄ_s1：感光体ドラム８上のレーザビームＬ１の副走査方
向のビームウエスト径 Ｄ_s2：感光体ドラム８上のレーザビームＬ２の副走査方
向のビームウエスト径 Ｗ_s1：シリンドリカルレンズ５へ入射する際のレーザビ
ームＬ１の副走査方向のビーム径 Ｗ_s2：シリンドリカルレンズ５へ入射する際のレーザビ
ームＬ２の副走査方向のビーム径 表２は、前記関係式（４）に基づいて画像密度６００ｄ
ｐｉ、８００ｄｐｉに対応した感光体ドラム８上の主走
査方向のビームウエスト径を形成するための半導体レー
ザ素子１，２の波長の組合わせを具体的に例示したもの
である。

【００２２】

【表２】

【００２３】次に、図８を参照して、画像密度切換え走
査光学装置の作用効果について説明する。高密度画像、
例えば８００ｄｐｉの画像を描画する場合には、短い波
長λ₁（＝５８５ｎｍ）の半導体レーザ素子１のみが印
字データに基づいて変調制御され、レーザビームＬ１を
放射する。レーザビームＬ１は、ビームスプリッタ３の
合わせ面３ａにて反射する。このとき、合わせ面３ａに
形成されている干渉膜９は、波長λ₁が５８５ｎｍのレ
ーザビームＬ１に対しては反射率が略１００％である
（図７参照）ので、レーザビームＬ１の光量を殆ど損失
することなく反射させることができる。ビームスプリッ
タ３を出射したレーザビームＬ１はコリメータレンズ４
を介してシリンドリカルレンズ５に導かれる。

【００２４】コリメータレンズ４出射直後のレーザビー
ムＬ１の光束幅Ｗ_co1は、前記関係式（１）から明らか
なように、レーザビームＬ２の光束幅Ｗ_co2より大き
い。シリンドリカルレンズ５を出射したレーザビームＬ
１は、ポリゴンミラー６、走査レンズ群７を介して、感
光体ドラム８上に集光される。このとき、走査レンズ群
７に入射する際のレーザビームＬ１のビーム径Ｗ_m1がレ
ーザビームＬ２のビーム径Ｗ_m2より大きいので、前記関
係式（２）によりレーザビームＬ１の感光体ドラム８上
の主走査方向のビームウエスト径Ｄ_m1は、レーザビーム
Ｌ２のビームウエスト径Ｄ_m2より小さくなる。こうし
て、感光体ドラム８上に密度の高い画像が形成される。
感光体ドラム８は波長λ₁にピークを有している二波長
感度感光体ドラムであるので、レーザビームＬ１の光量
は効率良く画像形成に利用される。

【００２５】一方、低密度画像、例えば６００ｄｐｉの
画像を描画する場合には、長い波長λ₂（＝７８０ｎ
ｍ）の半導体レーザ素子２のみが印字データに基づいて
変調制御され、レーザビームＬ２を放射する。レーザビ
ームＬ２は、ビームスプリッタ３の合わせ面３ａを透過
する。このとき、合わせ面３ａに形成されている干渉膜
９は、波長λ₂が７８０ｎｍのレーザビームＬ２に対し
ては反射率が略０％である（図７参照）ので、レーザビ
ームＬ２の光量を殆んど損失することなく透過させるこ
とができる。ビームスプリッタ３を出射したレーザビー
ムＬ２は、コリメータレンズ４に導かれる。コリメータ
レンズ４出射直後のレーザビームＬ２の光束幅Ｗ_co2は
レーザビームＬ１の光束幅Ｗ_co1より小さい。従って、
レーザビームＬ２の感光体ドラム８上の主走査方向のビ
ームウエスト径Ｄ_m2は、レーザビームＬ１のビームウエ
スト径Ｄ_m1より小さくなり、感光体ドラム８上に画像密
度の低い画像が形成される。感光体ドラム８は波長λ₂
にピークを有している二波長感度感光体ドラムであるの
で、レーザビームＬ２の光量は効率良く画像形成に利用
される。

【００２６】以上のように、画像密度切換え走査光学装
置は、コリメータレンズ４に入射するレーザビームＬ
１，Ｌ２の光路がビームスプリッタ３によって重ね合わ
されているので、コリメータレンズ４は１個ですみ、装
置をコンパクト化することができる。また、半導体レー
ザ素子１，２毎に副走査倍率βを異ならせる必要がなく
なり、環境（温度）変化による半導体レーザ素子１，２
間のビームウエストシフト量を小さくすることができ、
感光体ドラム８上のビームウエスト径を安定にできる。

【００２７】［第２実施形態、図９〜図１１］第２実施
形態は、三つの異なる画像密度を切り換えることができ
るものについて説明する。第２実施形態の画像密度切換
え走査光学装置は、半導体レーザ素子１の配設位置を残
して前記第１実施形態の装置と略同様のものである。図
９に示すように、半導体レーザ素子１は、図２〜図４に
示されたホルダ２５を利用して半導体レーザ素子１から
放射されるレーザビームＬ１の光軸に対して垂直な面内
で位置調整される。すなわち、半導体レーザ素子１を、
ビームスプリッタ３から出射したレーザビームＬ１，Ｌ
２のそれぞれの光軸が、副走査方向については僅かに異
なり（図９（ａ）参照）、かつ主走査方向については等
しくなる（図９（ｂ）参照）位置に位置調整した後、ホ
ルダ２５がベースブロック１８にネジ２９を用いて固定
される。半導体レーザ素子１から放射された直後のレー
ザビームＬ１の進行方向と半導体レーザ素子２から放射
された直後のレーザビームＬ２の進行方向は垂直関係に
ある。また、半導体レーザ素子１からコリメータレンズ
４までの光路長と、半導体レーザ素子２からコリメータ
レンズ４までの光路長とは、等しい寸法に設定されてい
る。

【００２８】図１０に示すように、半導体レーザ素子
１，２は、それぞれ駆動回路３６，３７を介して画像制
御回路３８に接続されている。印字データは画像制御回
路３８から画像信号Ｓ１，Ｓ２及び画像信号Ｓ３，Ｓ４
として駆動回路３６，３７を介して半導体レーザ素子
１，２を変調（オン，オフ）制御する。そして、制御信
号Ｓ５が画像制御回路３８から駆動回路３６，３７へ送
られ、駆動回路３６，３７を同期させて駆動させ、半導
体レーザ素子１，２を同時点灯させる。

【００２９】以上の構成からなる画像密度切換え走査光
学装置において、高密度画像、例えば８００ｄｐｉの画
像を描画する場合には、短い波長λ₁（＝５８５ｎｍ）
の半導体レーザ素子１のみが画像制御回路３８から送ら
れてきた画像信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて変調制御され、
レーザビームＬ１を放射する。このレーザビームＬ１
は、ビームスプリッタ３、コリメータレンズ４、シリン
ドリカルレンズ５、ポリゴンミラー６、走査レンズ群７
を介して、感光体ドラム８上に高密度の画像を形成す
る。このとき、図１１に示すように、感光体ドラム８上
の、レーザビームＬ１の副走査方向のビーム径は３１．
７μｍとなる（実線３９ａ）。

【００３０】中密度画像、例えば６００ｄｐｉの画像を
描画する場合には、長い波長λ₂（＝７８０ｎｍ）の半
導体レーザ素子２のみが画像制御回路３８から送られて
きた画像信号Ｓ３，Ｓ４に基づいて変調制御され、レー
ザビームＬ２を放射する。このレーザビームＬ２は、感
光体ドラム８上に中密度の画像を形成する。このとき、
図１１に示すように、感光体ドラム８上の、レーザビー
ムＬ２の副走査方向のビーム径は４１．３μｍとなる
（実線３９ｂ）。

【００３１】さらに、低密度画像、例えば４００ｄｐｉ
の画像を描画する場合には、画像制御回路３８から駆動
回路３６，３７へ、それぞれ等しい印字データが画像信
号Ｓ１，Ｓ２、画像信号Ｓ３，Ｓ４として送られると共
に、制御信号Ｓ５が送られる。従って、半導体レーザ素
子１，２は、同期して同時にオン，オフ制御され、それ
ぞれレーザビームＬ１，Ｌ２を放射する。このレーザビ
ームＬ１，Ｌ２は、感光体ドラム８上の主走査方向につ
いては等しい位置であるが、副走査方向については僅か
に異なる位置に同時に照射される。従って、図１１に示
すように、感光体ドラム８上でレーザビームＬ１，Ｌ２
を組み合わせて成る合成ビームは、副走査方向のビーム
径が６３．５μｍとなり（実線３９ｃ）、感光体８上に
低密度の画像が形成される。

【００３２】以上のように、二つの半導体レーザ素子
１，２を副走査方向に僅かにずらせて配設し、半導体レ
ーザ素子１，２の点灯を組み合わせることにより、容易
にかつ簡素な構造で三つの異なる画像密度を切り換える
ことができる装置が得られる。

【００３３】［第３実施形態、図１２及び図１３］第３
実施形態は、拡がり角の異なる半導体レーザ素子を用い
たものについて説明する。第３実施形態の画像密度切換
え走査光学装置は、半導体レーザ素子を残して前記第１
実施形態の装置と同様のものである。

【００３４】図１２に示すように、光源ブロック４０
は、二つの半導体レーザ素子４１，４２と、一つのキュ
ーブ型ビームスプリッタ３と、一つのコリメータレンズ
４を備えている。半導体レーザ素子４１，４２はそれぞ
れ異なる波長λ₁，λ₂を有し、角度の大きい垂直方向の
拡がり角θ_V1，θ_V2の方向を副走査方向に平行にし、角
度の小さい水平方向の拡がり角θ_H1，θ_H2の方向を主走
査方向に平行になるように配置している（図１０
（ａ），（ｂ）参照）。そして、拡がり角θ_H1，θ_H2，
θ_V1，θ _V2は以下の条件式を満足している。

【００３５】θ_H1＝θ_H2，θ_V1＞θ_V2 以上の構成からなる画像密度切換え走査光学装置におい
て、前記関係式（１）より、コリメータレンズ４から出
射した直後のレーザビームの光束幅Ｗ_coは、半導体レー
ザ素子４１，４２の拡がり角θに依存して変化する。す
なわち、半導体レーザ素子４１の拡がり角θ_V1は半導体
レーザ素子４２の拡がり角θ_V2より大きいので、コリメ
ータレンズ４から出射された直後のレーザビームＬ１の
光束幅Ｗ _co1は、レーザビームＬ２の光束幅Ｗ_co2より大
きくなる。

【００３６】前記関係式（１）より、半導体レーザ素子
４１の拡がり角θ_V1と半導体レーザ素子４２の拡がり角
θ_V2は以下の関係式（６）を満足する。 θ_V2＝２／√（２／ｌｎ２）×ｓｉｎ^-1（（Ｗ_co2／Ｗ_co1）×ｓｉｎ（θ _V1 ×√（２／ｌｎ２）／２）） ……（６） 表３は、前記関係式（６）に基づいて画素密度６００ｄ
ｐｉ、８００ｄｐｉに対応したコリメータレンズ４から
放射された直後のレーザビームの光束幅を形成するため
の半導体レーザ素子４１，４２の拡がり角の組み合わせ
を具体的に例示したものである。

【００３７】

【表３】

【００３８】この画像密度切換え走査光学装置は、前記
第１実施形態の装置と同様の作用効果を奏する。すなわ
ち、高密度画像を描画する場合には、大きい拡がり角θ
_V1の半導体レーザ素子４１のみが印字データに基づいて
変調制御され、レーザビームＬ１を放射する。このレー
ザビームＬ１は、ビームスプリッタ３、コリメータレン
ズ４、シリンドリカルレンズ５、ポリゴンミラー６、走
査レンズ群７を介して、感光体ドラム８上に密度の高い
画像を形成する。一方、低密度画像を描画する場合に
は、小さい拡がり角θ_V2の半導体レーザ素子４２のみが
印字データに基づいて変調制御され、レーザビームＬ２
を放射する。このレーザビームＬ２は、感光体ドラム８
上に密度の低い画像を形成する。

【００３９】また、さらに前記第１実施形態のように半
導体レーザ素子４１，４２の波長を異ならせ半導体レー
ザ素子４１，４２の波長及び拡がり角の両方を異ならせ
た組合わせにより、画像密度の組み合わせの自由度を増
やすこともできる。なお、実際には、波長や拡がり角
が、表４に示した範囲に含まれる各種の半導体レーザ素
子が市販されており、これらの中から仕様に適したもの
を適宜選択すればよい。

【００４０】

【表４】

【００４１】［第４実施形態、図１４］第４実施形態
は、拡がり角の異なる半導体レーザ素子を用いて、三つ
の異なる画像密度を切り換えることができるものについ
て説明する。第４実施形態の画像密度切換え走査光学装
置は、半導体レーザ素子４１の配設位置を残して前記第
３実施形態の装置と略同様のものである。

【００４２】図１４に示すように、半導体レーザ素子４
１は、ビームスプリッタ３から出射したレーザビームＬ
１，Ｌ２のそれぞれの光軸が、副走査方向については僅
かに異なり、かつ、主走査方向については等しくなる位
置に位置調整されている。半導体レーザ素子４１からコ
リメータレンズ４までの光路長と、半導体レーザ素子４
２からコリメータレンズ４での光路長とは、等しい寸法
に設定されている。半導体レーザ素子４１，４２は、図
１０に示した制御ブロックと同様の回路で変調（オン，
オフ）制御される。

【００４３】以上の構成からなる装置において、高密度
画像を描画する場合には、大きい拡がり角θ_V1の半導体
レーザ素子４１のみが印字データに基づいて変調制御さ
れ、レーザビームＬ２を放射する。このレーザビームＬ
２は感光体ドラム８上に高密度の画像を形成する。中密
度画像を描画する場合には、小さい拡がり角θ_V2の半導
体レーザ素子４２のみが印字データに基づいて変調さ
れ、レーザビームＬ２を放射する。このレーザビームＬ
２は感光体ドラム８上に中密度の画像を形成する。さら
に、低密度画像を描画する場合には、半導体レーザ素子
４１，４２の両者が、等しい印字データに基づいて同期
して変調制御され、それぞれレーザビームＬ１，Ｌ２を
放射する。このレーザビームＬ１，Ｌ２は、感光体ドラ
ム８上の、主走査方向については等しい位置であるが、
副走査方向については僅かに異なる位置に同時に照射さ
れる。従って、レーザビームＬ１，Ｌ２を組み合わせて
成る合成ビームは感光体ドラム８上に低密度の画像を形
成する。

【００４４】以上のように、二つの半導体レーザ素子４
１，４２を副走査方向に僅かにずらせて配設し、半導体
レーザ素子４１，４２の点灯を組み合わせることによ
り、容易にかつ簡素な構造で三つの異なる画像密度を切
り換えることができる装置が得られる。

【００４５】［第５実施形態、図１５］第５実施形態の
画像密度切換え走査光学装置は、開口規制板を残して前
記第１実施形態の装置と同様のものである。なお、第５
実施形態の場合、異なる波長の半導体レーザ素子を用い
ているが、必ずしも異ならせる必要はなく、等しい波長
の半導体レーザ素子を用いてもよい。

【００４６】図１５に示すように、開口規制板６０は半
導体レーザ素子２とビームスプリッタ３の間に配置さ
れ、低密度画像を描画する半導体レーザ素子２の拡がり
角を規制して、この半導体レーザ素子２の実効拡がり角
を、高密度画像を描画する半導体レーザ素子１の拡がり
角より小さくする。半導体レーザ素子２から放射された
レーザビームＬ２は開口規制板６０に設けた開口部６１
を通過する際に、その一部が遮蔽されてビーム径が絞ら
れる。このとき、レーザビームＬ２の光量が減少するの
で、半導体レーザ素子２の出力をアップさせることによ
り、その減少分を補償する。ビーム径が絞られたレーザ
ビームＬ２は、ビームスプリッタ３を透過した後、コリ
メータレンズ４に導かれる。コリメータレンズ４から出
射した直後のレーザビームＬ２の光束幅Ｗ_co2は、レー
ザビームＬ１の光束幅Ｗ_co1より小さいので、レーザビ
ームＬ２は感光体ドラム８上に密度の低い画像を形成す
る。一方、レーザビームＬ１は感光体ドラム８上に密度
の高い画像を形成する。

【００４７】［他の実施形態］なお、本発明に係る画像
密度切換え走査光学装置は前記実施形態に限定するもの
ではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することがで
きる。前記実施形態では、光量損失を少なくするため、
ビームスプリッタ３の合わせ面３ａに干渉膜を設けた
り、二波長感度感光体ドラム８を用いているが、必ずし
もこれらを採用する必要はない。

【００４８】さらに、画像密度は、８００ｄｐｉ、６０
０ｄｐｉ、４００ｄｐｉの他に、例えば１２００ｄｐ
ｉ、８００ｄｐｉ等の画像密度であってもよいことは言
うまでもない。特に、１２００ｄｐｉや８００ｄｐｉの
画像密度は、前記実施形態の光学系全体のチューニング
で得られる範囲である。また、レーザ光源は三つ以上で
あってもよい。

【００４９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、光束変換手段は、光路重ね合わせ手段により重
ね合わされた光路を通るレーザビームを略平行光束に変
換するので、光束変換手段をレーザ光源毎に設ける必要
がなくなり、装置をコンパクトにすることができる。ま
た、レーザ光源毎に走査光学系の副走査方向の倍率βを
異ならせる必要がなくなり、環境（温度）変化によるレ
ーザ光源間のビームウエストシフト量が小さくなり、ビ
ーム径を安定させることができる。

【００５０】また、半導体レーザ素子の波長や拡がり角
を異ならせたり、高出力側の半導体レーザ素子から放射
されるレーザビームの光束を規制部材にて規制すること
によって、光束変換手段から出射するレーザビームの径
を異ならすことができ、これにより、画像密度の組み合
わせ設定の自由度を広がることができる。また、複数の
レーザ光源を同期して点灯させることにより、レーザ光
源から放射されたレーザビームを合成してさらに低密度
画像を画像面上に形成することができる。さらに、光路
重ね合わせ手段に光量損失防止のための干渉膜を設ける
ことにより、レーザビームのエネルギー損失の少ない光
学系が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像密度切換え走査光学装置の第
１実施形態を示す概略構成図。

【図２】図１に示した走査光学装置に用いられる光源ブ
ロックを示す正面図。

【図３】図２に示した光源ブロックの平面図。

【図４】図２に示した光源ブロックの左側面図。

【図５】図２に示した光源ブロックの右側面図。

【図６】図１に示した走査光学装置に用いられる感光体
ドラムの感光体感度特性を示すグラフ。

【図７】図１に示した走査光学装置に用いられる干渉膜
の反射率特性を示すグラフ。

【図８】図２に示した光源ブロックの光路図。

【図９】本発明に係る画像密度切換え走査光学装置の第
２実施形態を示すもので、（ａ）は副走査方向の光源ブ
ロックの光路図、（ｂ）は主走査方向の光源ブロックの
光路図。

【図１０】図９に示した半導体レーザ素子の制御回路ブ
ロック図。

【図１１】感光体ドラム上でのレーザビームのエネルギ
ー分布図。

【図１２】本発明に係る画像密度切換え走査光学装置の
第３実施形態を示す光源ブロックの光路図。

【図１３】図１２に示した半導体レーザ素子の拡がり角
を示すもので、（ａ）は拡がり角の小さい半導体レーザ
素子を示す説明図、（ｂ）は拡がり角の大きい半導体レ
ーザ素子を示す説明図。

【図１４】本発明に係る画像密度切換え走査光学装置の
第４実施形態を示す光源ブロックの光路図。

【図１５】本発明に係る画像密度切換え走査光学装置の
第５実施形態を示す光源ブロックの光路図。

【符号の説明】

１，２…半導体レーザ素子 ３…ビームスプリッタ ３ａ…重ね合わせ面 ４…コリメータレンズ ５…シリンドリカルレンズ ６…ポリゴンミラー ７…走査レンズ群 ８…二波長感度感光体ドラム ９…干渉膜 ３６，３７…駆動回路 ３８…画像制御回路 ４１，４２…半導体レーザ素子 ６０…開口規制板 Ｌ１，Ｌ２…レーザビーム

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ独立して点灯される複数のレー
   ザ光源と、 前記レーザ光源から放射されたレーザビームの光路を重
   ね合わせる光路重ね合わせ手段と、 前記光路重ね合わせ手段から出射したレーザビームを略
   平行光束に変換する光束変換手段とを備え、 前記光路重ね合わせ手段を光路に沿って前記レーザ光源
   と前記光束変換手段との間に配置し、前記レーザ光源か
   ら放射されたそれぞれのレーザビームが、異なるビーム
   径を有して前記光束変換手段を出射すること、 を特徴とする画像密度切換え走査光学装置。
2. 【請求項２】 前記複数のレーザ光源が同期して点灯可
   能であることを特徴とする請求項１記載の画像密度切換
   え走査光学装置。
3. 【請求項３】 前記レーザ光源が二つであり、前記光路
   重ね合わせ手段が、前記レーザ光源のいずれか一方のレ
   ーザ光源から放射されたレーザビームを透過しかつ他方
   のレーザ光源から放射されたレーザビームを反射する面
   を有し、該面に光量損失防止のための干渉膜を設けたこ
   とを特徴とする請求項１記載の画像密度切換え走査光学
   装置。
4. 【請求項４】 前記レーザ光源が相互に波長の異なるレ
   ーザビームを放射する半導体レーザ素子であり、さら
   に、前記半導体レーザ素子のレーザビームの波長に感度
   ピークを有した複数波長感度感光体を備えたことを特徴
   とする請求項１記載の画像密度切換え走査光学装置。
5. 【請求項５】 前記レーザ光源が相互に拡がり角度の異
   なるレーザビームを放射する半導体レーザ素子であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の画像密度切換え走査光学
   装置。
6. 【請求項６】 前記レーザ光源が相互に出力の異なるレ
   ーザビームを放射する半導体レーザ素子であり、さら
   に、前記高出力側の半導体レーザ素子から放射されるレ
   ーザビームの光束を規制するための規制部材を備えたこ
   とを特徴とする請求項１記載の画像密度切換え走査光学
   装置。