JP2000227564A - マルチビーム走査光学装置 - Google Patents

マルチビーム走査光学装置

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JP2000227564A
JP2000227564A JP11028792A JP2879299A JP2000227564A JP 2000227564 A JP2000227564 A JP 2000227564A JP 11028792 A JP11028792 A JP 11028792A JP 2879299 A JP2879299 A JP 2879299A JP 2000227564 A JP2000227564 A JP 2000227564A
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JP11028792A
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Hiroshi Nakamura
弘 中村
Kenji Takeshita
健司 竹下
Hidenari Tatebe
秀成 立部
Toshikazu Suzuki
利和 鈴木
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Minolta Co Ltd
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Minolta Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マルチビーム走査光学装置において、ズーム
コリメータレンズを用いて被走査面上でのビーム間隔を
補正し、該補正に伴う被走査面上でのビーム径あるいは
光量の変動を解消すること。 【解決手段】 レーザダイオード10の二つの点光源か
ら放射されたレーザビームを、ズームコリメータレンズ
11で集光すると共に開口型絞り12を透過させ、ポリ
ゴンミラー14の回転に基づいて同時に感光体ドラム
(被走査面)25上を走査する光学装置。ビームの間隔
は検出器20で検出され、その検出値に基づいてズーム
コリメータレンズ11の焦点距離を変更し、ビーム間隔
を補正する。ビーム径は絞り12によって一定に規制さ
れ、かつ、レーザダイオード10の発光光量も補正され
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、マルチビーム走査
光学装置、詳しくは、複数の光源から放射されたレーザ
ビームを副走査方向に所定の間隔で同時に被走査面上を
等速走査するマルチビーム走査光学装置に関する。
【0002】
【従来の技術と課題】一般に、感光体上に画像を記録す
るためのマルチビーム走査光学装置においては、温度等
の環境条件の変化や組立て誤差等に起因して、複数のレ
ーザビームの副走査方向の間隔が変動する。この対策と
して、特開平8−234126号公報、実開平4−12
0917号公報には、ビームの間隔変動を検出してズー
ムコリメータレンズの焦点距離を変化させ、光路長を一
定の状態で被走査面上でのビーム間隔を補正する方法が
提案されている。
【0003】ところで、ズームコリメータレンズを用い
ることは、光路長を一定に保持してビーム間隔を補正で
きる利点を有するものであるが、焦点距離を変化させる
ために、即ち、光学系全体の倍率が変化するため、被走
査面上でのビーム径が変動してしまう、あるいは光量が
変動してしまうという問題点を有していた。
【0004】そこで、本発明の目的は、ズームコリメー
タレンズを用いて被走査面上でのビーム間隔を補正する
にも拘らず、被走査面上でのビーム径あるいは光量が変
動することのないマルチビーム走査光学装置を提供する
ことにある。
【0005】
【発明の構成、作用及び効果】以上の目的を達成するた
め、本発明に係るマルチビーム走査光学装置は、複数の
各光源から放射されたレーザビームを集光して主走査方
向又は副走査方向の少なくともいずれか一方の焦点距離
を変化させるズーム光学素子と、そのビーム進行方向下
流側に配置されたレーザビームの一部を遮光する絞り手
段とを備えている。
【0006】また、本発明に係るマルチビーム走査光学
装置は、前記ズーム光学素子と、複数の光源の光量を補
正する光量補正手段と、ズーム光学素子の焦点距離の変
化に応じて光量補正手段を制御する制御手段とを備えて
いる。
【0007】本発明においては、ズーム光学素子の焦点
距離を変化させることで複数のレーザビームの被走査面
上での間隔を補正する。補正はレーザビームの間隔を検
出し、この検出値に基づいて行われる。従って、検出手
段とフィードバック制御手段を設ければ、常時、検出/
補正を実行することができる。そして、本発明において
は、ズーム光学素子の下流側に設けた絞り手段によっ
て、間隔補正のために焦点距離が変化したとしても被走
査面上でのビーム径が一定に維持される。また、焦点距
離の変化に応じて光源の光量を補正することにより、通
常は焦点距離が長くなれば光量を増大させることによ
り、光量が一定に維持される。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るマルチビーム
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。
【0009】(第1実施形態、図1〜図6参照)第1実
施形態であるマルチビーム走査光学装置1は、概略、レ
ーザダイオード10と、コリメータレンズ11と、開口
型絞り12と、シリンドリカルレンズ13と、ポリゴン
ミラー14と、走査レンズ15と、像面上でのビーム間
隔の検出器20とで構成されている。
【0010】レーザダイオード10は二つの点光源を有
し、Z軸方向に所定の間隔でレーザビームLBa,LB
bを放射する。コリメータレンズ11はその焦点距離が
可変なズームレンズであり、レーザダイオードLBa,
LBbを平行光又は収束光に集光する。コリメータレン
ズ11で集光されたレーザビームLBa,LBbは開口
型絞り12でそれぞれ部分的に遮光され、所定のビーム
径に規制される。レーザビームLBa,LBbの副走査
方向Zの間隔は互いに像面上で数10μmオーダーの間
隔を持つように設定される。例えば、印字密度が400
dpiの場合は、像面上での間隔は63.5μm、60
0dpiの場合は42.3μm、800dpiの場合は
31.8μmである。
【0011】シリンドリカルレンズ13は、副走査方向
Zにのみパワーを持ち、レーザビームLBa,LBbを
ポリゴンミラー14の偏向面上に主走査方向Yに線状に
集光する。ポリゴンミラー14は矢印a方向に一定の角
速度で回転駆動され、レーザビームLBa,LBbはこ
の回転に基づいてポリゴンミラー14の各偏向面で等角
速度に偏向され、走査レンズ15、シリンドリカルレン
ズ16、折り返しミラー17を介して感光体ドラム25
上で結像すると共に、主走査方向Yに走査する。即ち、
この光学装置1では1回の走査で感光体ドラム25上に
2ラインを同時に書き込む。
【0012】走査レンズ15は周知のもので、像面上で
の主走査速度を等速に補正する機能や像面湾曲を補正す
る機能を有している。シリンドリカルレンズ16は前記
シリンドリカルレンズ13と協働してポリゴンミラー1
4の面倒れ誤差を補正する機能を有している。
【0013】感光体ドラム25は矢印b方向に一定速度
で回転駆動され、この副走査とレーザビームLBa,L
Bbの主走査(矢印Y方向)によって感光体ドラム25
上に2次元の画像(静電潜像)が書き込まれる。
【0014】ところで、以上の構成からなるマルチビー
ム走査光学装置1においては、レーザダイオード10の
点光源位置の誤差や、温度変化による光学素子の焦点距
離の変化等によって、被走査面上でのビーム間隔が変動
する。
【0015】ここで、図2を参照して、光源が主走査方
向又は副走査方向に変位(ΔY,ΔZ)した場合の被走
査面上でのレーザビームの変位(ΔY’,ΔZ’)につ
いて説明する。
【0016】図2(A)は光源がΔY変位した場合を示
し、被走査面上でのビームの変位ΔY’,ΔX’は以下
の式(1),(2)によって表される。 ΔY’=βm・ΔY …(1) ΔX’=βm 2・ΔX …(2) 但し、βm=ff/fco
【0017】図2(B)は光源がΔZ変位した場合を示
し、被走査面上でのビームの変位ΔZ’,ΔX’は以下
の式(3),(4)によって表される。 ΔZ’=βs・ΔZ …(3) ΔX’=βs 2・ΔX …(4) 但し、βs=(fcy/fco)・βf
【0018】即ち、前式(1)〜(4)から明らかなよ
うに、被走査面上でのビームの変位ΔZ’,ΔX’は、
コリメータレンズ11の焦点距離fcoを調整することで
補正することができる。従って、本第1実施形態では、
コリメータレンズ11をズームレンズとし、以下に説明
するビーム間隔検出器20によって検出されたビーム間
隔誤差に基づいてコリメータレンズ11の焦点距離を調
整するようにした。
【0019】図3は、偏向後に被走査面と等価位置でレ
ーザビームLBa,LBbの変位量ΔY’,ΔZ’を検
出する機構を示す。この検出器20は、ミラー26から
の反射ビームを受光する三角形の検出面を有する光セン
サ21,22,23,24を主走査方向に並設したもの
で、図3中、LBa,LBbは各レーザビームの走査軌
跡を示している。主走査方向の変位量ΔY’は光センサ
21,23の検出時間t1を各レーザビームLBa,L
Bbごとに測定し、二つの測定値の差に基づいて算出す
る。副走査方向の変位量ΔZ’は、光センサ22,24
によるレーザビームLBaの検出時間t2と、レーザビ
ームLBbの検出時間t3に基づいて算出する。
【0020】さらに、副走査方向の走査位置を確定する
ため、いまひとつの光センサ25をレーザビームLBa
の走査軌跡上に設け、レーザビームLBaが所定の位置
で走査されていることを検出する。
【0021】検出された時間t1,t2,t3は制御回
路27へ入力され、制御回路27で変位量を算出すると
共に補正値をも算出する。この補正値はコリメータレン
ズ11のズーム駆動回路28へ転送され、コリメータレ
ンズ11の焦点距離を変更する。
【0022】このように、コリメータレンズ11の焦点
距離を変更することで被走査面上でのビーム位置を補正
することができる。但し、焦点距離の変更に伴って被走
査面上でのビーム径と光量が変化するため、これらの少
なくともいずれか一つを補償することが実用上必要とな
る。
【0023】被走査面上でのビーム径Dmに関しては、
以下の式(5)によって表わされる (図4参照)。 Dm=k1λ(ff/Do) =k2λFNO …(5) k1,k2:比例定数 λ:波長 Do:fθレンズへの入射ビーム径 ff:fθレンズの焦点距離 FNO:fθレンズのFNO
【0024】前式(5)から明らかなように、コリメー
タレンズ11の焦点距離fcoが変化しても、走査レンズ
15に入射するビーム径Doが一定であれば、被走査面
上でのビーム径Dmは変化しない。従って、本第1実施
形態ではコリメータレンズ11の下流側に開口型絞り1
2を設け、前記ビーム径Doを一定とするようにした。
なお、絞り手段は種々のタイプの絞りを採用することが
できる。
【0025】一方、焦点距離fcoの変化に伴って光源か
らのビーム拡がり角θが変化するため、その変化に応じ
て光量を補正することが必要となる。図5はコリメータ
レンズ11の焦点距離に対する光量利用率の関係を示
す。即ち、焦点距離fcoが大きくなると光量利用率が低
下するため、その低下分をレーザダイオード10の駆動
電流を上昇させて光量を補償する。
【0026】被走査面上での光エネルギーIが図6に示
すガウス分布を示す場合、光エネルギーIは以下の式
(6)で表わされ、制御回路27は式(6)を用いてエ
ネルギー損失分の補正値を算出し、光量補正回路29へ
転送する。光量補正回路29は光源の駆動電圧を制御
し、その発光光量を補正する。
【0027】
【数1】
【0028】(第2実施形態、図7参照)図7におい
て、第2実施形態であるマルチビーム走査光学装置2
は、二つのレーザダイオード10a,10bを互いに直
交するX軸方向、Z軸方向にレーザビームLBa,LB
bを放射するように配置し、レーザビームLBa,LB
bをビームスプリッタ18で結合するようにしたもので
ある。また、レーザビームLBa,LBbの間隔は2次
元CCD19で検出するようにした。なお、図1と同じ
部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【0029】ビームスプリッタ18は二つのプリズムを
半透膜を介して接合したもので、レーザビームLBaの
直進光及びレーザビームLBbの反射光が次段のズーム
コリメータレンズ11に入射する。2次元CCD19は
レーザビームLBaのビームスプリッタ18での反射光
及びレーザビームLBbのビームスプリッタ18の透過
光を受光し、各ビームの変位を検出する。この検出デー
タは制御回路27へ入力され、制御回路27でビームの
変位量及びそれに対するコリメータレンズ11の焦点距
離の補正値を算出し、ズーム駆動回路28へ転送する。
また、焦点距離の補正に伴って、レーザダイオード10
a,10bの発光光量も補正する。
【0030】(他の実施形態)なお、本発明に係るマル
チビーム走査光学装置は、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。特に、複数のレーザビームの間隔の検出手段は種
々の方法を採用できる。また、2ビームのみならず3ビ
ームあるいはそれ以上のマルチビーム方式にあっても本
発明を適用することができる。さらに、光路を構成する
各種光学素子の種類、配置関係は任意である。
【0031】また、前記各実施形態では、コリメータレ
ンズの焦点距離の変化に伴って、被走査面上でのビーム
径の一定化と光源の光量補正を合わせて実施するように
したが、いずれか一方のみを実施しても感光体上に画像
を描画するという実用上のスペックを満足することがで
きる。
【0032】特に、本マルチビーム走査光学装置を組み
込んだプリンタとしてその画質を考慮するのであれば、
感光体上でのビーム位置の補正に伴う画像劣化を補償す
るためには、現像器の現像バイアス電圧を変更する等画
像形成用デバイスの種々のパラメータを変更することも
可能である。具体的には、ビーム径を大きくするには現
像バイアス電圧を高く設定し、ビーム径を小さくするに
は低く設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態であるマルチビーム走査
光学装置を示す概略構成図。
【図2】被走査面上でのレーザビームの変位を示す光路
図。
【図3】ビーム間隔の検出方法の一例を示す説明図。
【図4】ビーム径の計算式を説明するための光路図。
【図5】コリメータレンズの焦点距離に対する光量利用
率を示すグラフ。
【図6】光エネルギーの分布を示すグラフ。
【図7】本発明の第2実施形態であるマルチビーム走査
光学装置を示す概略構成図。
【符号の説明】
1,2…マルチビーム走査光学装置 10,10a,10b…レーザダイオード 11…ズームコリメータレンズ 12…開口型絞り 18…ビームスプリッタ 19…2次元CCD 20…ビーム間隔検出器 27…制御手段 28…ズーム駆動回路 29…光量補正回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 立部 秀成 大阪府大阪市中央区安土町二丁目3番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 鈴木 利和 大阪府大阪市中央区安土町二丁目3番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 Fターム(参考) 2H045 AA01 BA22 BA32 CA03 CA88 CB22 DA02

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の光源から放射されたレーザビーム
    を副走査方向に所定の間隔で同時に被走査面上を等速走
    査するマルチビーム走査光学装置において、 前記光源から放射されたレーザビームを集光し、主走査
    方向又は副走査方向の少なくともいずれか一方の焦点距
    離を変化させるズーム光学素子と、 前記ズーム光学素子のビーム進行方向下流側に配置され
    てレーザビームの一部を遮光する絞り手段と、 を備えたことを特徴とするマルチビーム走査光学装置。
  2. 【請求項2】 複数の光源から放射されたレーザビーム
    を副走査方向に所定の間隔で同時に被走査面上を等速走
    査するマルチビーム走査光学装置において、 前記複数の光源の光量を補正する光量補正手段と、 前記光源から放射されたレーザビームを集光し、主走査
    方向又は副走査方向の少なくともいずれか一方の焦点距
    離を変化させるズーム光学素子と、 前記ズーム光学素子の焦点距離の変化に応じて前記光量
    補正手段を制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とするマルチビーム走査光学装置。
  3. 【請求項3】 レーザビームの主走査方向又は副走査方
    向の少なくともいずれか一方のビーム間隔を検出する検
    出手段と、 前記検出手段の検出結果に基づいて前記ズーム光学素子
    を駆動する制御手段と、 を備えたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の
    マルチビーム走査光学装置。
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