JP3141597B2 - 光学走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザプリンタ装置や
複写機等の画像形成装置に用いられる光学走査装置に係
わり、特に、複数の光ビームによって複数ラインを同時
に走査する光学走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザプリンタ装置等の画像形成装置に
おいて、回転多面鏡の回転数の増加を抑えながら、高速
化あるいは高分解能化を図るため、被走査面上の複数ラ
インを複数のレーザビームによって同時に走査する方法
が提案されている。

【０００３】ところで、複数のレーザダイオード等のレ
ーザ光源を使用して、上述のように複数ラインを複数の
レーザビームによって同時に走査する光学走査装置にお
いては、非走査方向（副走査方向）のドット間隔すなわ
ち複数のレーザビームのビーム間隔を精密に合わせる必
要がある。従来、ビーム間隔を調整する手段としては特
開昭６０−１６６９１６号公報や特開昭６３−５０８０
９号公報に示されるものが知られている。

【０００４】ここで、図９ないし図１１を用いて、従来
のビーム間隔を調整する手段を有する光学走査装置の第
１の例として、例えば特開昭６０−１６６９１６号公報
に示されるものについて説明する。

【０００５】図９は２個のレーザダイオードを使用する
場合の一般的な光学走査装置の構成を示す説明図であ
る。この光学走査装置では、第１のレーザダイオード１
０１から出射されたＰ偏光の第１のビームは、カップリ
ングレンズ１０３で平行光束にされ、ミラー１０５で反
射され、偏光ビームスプリッタ１０７を透過する。一
方、第２のレーザダイオード１０２から出射されたＳ偏
光の第２のビームは、カップリングレンズ１０４で平行
光束にされ、ミラー１０６で反射され、偏光ビームスプ
リッタ１０７の第１のビームの入射面と直交する面に入
射し、Ｓ偏光反射面で反射されて、第１のビームと所定
の間隔を有して、第１のビームと同一方向に進む。偏光
ビームスプリッタ１０７から出射した第１および第２の
ビームは、１／４波長板１０８で円偏光に変換され、回
転多面鏡を有する偏向器１０９で偏向され、走査用レン
ズ１１０を経て感光体１１１上に照射され、この感光体
１１１上の近接する２ラインを走査する。

【０００６】図１０は図９に示すような光学走査装置に
おいてビーム間隔調整手段とビーム間隔検出手段を付加
した例を示す説明図である。なお、図１０では、図１に
示される構成のうち主なもののみを示している。この図
１０に示す例では、ビーム間隔のモニタのため、偏光ビ
ームスプリッタ１０７と偏向器１０９の間にハーフミラ
ー１１３を挿入し、このハーフミラー１１３で反射され
たビームをレンズ１１４を通して光検出器１１５で受光
するようにしている。この光学走査装置では、ビーム間
隔調整のため、カップリングレンズ１０３、１０４の一
方、あるいはレーザダイオード１０１、１０２の一方
を、２次元アクチェータによって移動させるようにして
いる。ビーム間隔は光検出器１１５でモニタされ、この
光検出器１１５の出力を２次元アクチェータへフィード
バックしている。

【０００７】図１１は光検出器１１５を示す説明図であ
る。この光検出器１１５は、４つの受光部１１５ａ〜１
１５ｄを有し、受光部１１５ａ、１１５ｂ、および受光
部１１５ｃ、１１５ｄはそれぞれ近接位置に配置され、
受光部１１５ａ、１１５ｂと受光部１１５ｃ、１１５ｄ
の間隔は所望のビーム間隔に設定されている。そして、
受光部１１５〜１１５ｄの各出力をＡ〜Ｄとしたとき、
差動出力（Ａ−Ｂ）−（Ｃ−Ｄ）がゼロになるように、
カップリングレンズあるいはレーザダイオードを移動す
るするように、２次元アクチェータにサーボをかけてい
る。

【０００８】次に、図１２および図１３を用いて、従来
のビーム間隔を調整する手段を有する光学走査装置の第
２の例として、例えば特開昭６３−５０８０９号公報に
示されるものについて説明する。

【０００９】図１２はビーム間隔調整手段を有する光学
走査装置の構成を示す説明図である。この光学走査装置
では、第１のレーザダイオード１２１から出射された第
１のビームは、カップリングレンズ１２３、アパーチャ
１２５、１／２波長板１２７を経て偏光ビームスプリッ
タ１２８を透過する。一方、第２のレーザダイオード１
２２から出射された第２のビームは、カップリングレン
ズ１２４、アパーチャ１２６を経て偏光ビームスプリッ
タ１２８で反射されて、第１のビームと所定の間隔を有
して、第１のビームと同一方向に進む。偏光ビームスプ
リッタ１２８から出射した第１および第２のビームは、
１／４波長板１２９、シリンダレンズ１３０を通過し、
回転多面鏡を有する偏向器１３１で偏向され、走査用レ
ンズ１３２、ミラー１３５を経て感光体１３６上に照射
され、この感光体１３６上の近接する２ラインを走査す
る。また、走査開始端側における走査領域外のビームは
シリンダレンズ１３３を介して同期検知器１３４で受光
される。

【００１０】この光学走査装置では、第１のレーザダイ
オード１２１と第２のレーザダイオード１２２の少なく
とも一方の光路にプリズム１３７を挿入し、このプリズ
ム１３７の角度を変化させることによって副走査方向の
ビーム間隔を調整できるようになっている。

【００１１】図１３は図１２におけるプリズム１３７の
断面図である。この図に示すように、プリズム１３７
は、プリズム本体１３７ａと、このプリズム本体１３７
ａを保持し、支点１３７ｃを中心に回転可能なプリズム
保持板１３７ｂと、プリズム保持板１３７ｂの位置を調
整する調整ねじ１４１とを備え、調整ねじ１４１を回す
ことによって、プリズムからのビームの出射角がΔθだ
け変化するようになっている。

【００１２】上述した第１の例や第２の例によれば、所
定の操作で被走査面におけるドット間隔を変えることが
できるので、高解像度な印刷や高速な印刷を実現するこ
とができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１の
例では、レーザダイオードあるいはレーザダイオードの
近くにあるカップリングレンズをアクチェータによって
移動させてドット間隔を調整するため、アクチェータの
移動量に対し感光体上でのドット間隔の変動の感度が極
めて高いため、調整が難しく、高精度の調整は困難であ
るという問題点がある。

【００１４】また、レーザの光源部分で行う調整のた
め、感光体での主走査方向にもずれが発生したり、カッ
プリングレンズの焦点位置からずらした状態で使用する
ため、ドット径が不安定になるという問題点がある。

【００１５】また、第２の例では、第１の例に比べ、プ
リズムの移動量に対しドット間隔の感度が低いため、ド
ット間隔の調整は行い易いが、プリズムを使用している
ため、プリズムからの出射光が副走査方向に角度をもっ
てしまい、走査用レンズの光軸をビームが通過しない。
そのため、感光体上で走査線の撓みが発生するという問
題点がある。

【００１６】そこで本発明の目的は、複数の光ビームに
よって複数ラインを同時に走査する光学走査装置であっ
て、高精度にビーム間隔を調整できると共に走査線の撓
みの発生を防止できるようにした光学走査装置を提供す
ることにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の光学走査装置
は、光学的な特性が異なる複数の光ビームを発生する光
源部と、この光源部からの各光ビームを偏向して被走査
面上を走査させる偏向器と、この偏向器によって偏向さ
れた各光ビームを被走査面上に集束させる結像光学系
と、この結像光学系と被走査面との間に設けられ、各光
ビームの光学的な特性に基づいて各光ビームを選択的に
反射する複数の反射面を有し、結像光学系を通過した各
光ビームを、それぞれ各光ビームを選択的に反射する反
射面によって反射して被走査面上に導くと共に、入射す
る各光ビームに対する角度を変えることによって出射す
る複数の光ビームのビーム間隔を変化させるビーム間隔
調整用ミラーとを備えたものである。

【００１８】この光学走査装置では、光源部からの各光
ビームは、偏向器によって偏向されると共に、結像光学
系と、各光ビームを選択的に反射する複数の反射面を有
するビーム間隔調整用ミラーとを経て被走査面上に集束
されて被走査面上を走査する。また、ビーム間隔調整用
ミラーの角度を変えることによって出射する複数の光ビ
ームのビーム間隔が変化するので、ビーム間隔調整用ミ
ラーの角度を調整することによってビーム間隔の調整が
可能となる。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１ないし図８は本発明の一実施例に係る
ものである。

【００２０】図１は光学走査装置の全体構成を示す説明
図、図２は図１の光学走査装置を感光体の軸方向から見
た説明図である。これらの図に示すように、本実施例の
光学走査装置は、Ｐ偏光の第１のビーム４１を出射する
第１のレーザダイオード１と、Ｓ偏光の第２のビーム４
２を出射する第２のレーザダイオード２と、それぞれレ
ーザダイオード１、２の出射ビームを平行光束にするカ
ップリングレンズ３、４と、カップリングレンズ３、４
からの各ビームがそれぞれ直交する面に入射され、第１
のビーム４１を透過し、第２のビーム４２を反射して両
ビームを同一方向に出射する偏光ビームスプリッタ５
と、この偏光ビームスプリッタ５からの各ビームを偏向
するための偏向器８と、偏光ビームスプリッタ５からの
各ビームを偏向器８の回転多面鏡に入射させる折り返し
ミラー６と、この折り返しミラー６と偏向器８の間に設
けられ、偏向器８の回転多面鏡の面倒れを補正する光学
系の一部を構成するシリンダレンズ７とを備えている。

【００２１】光学走査装置は、さらに、偏向器８によっ
て偏向された各ビームを感光体１３上に結像させる走査
用レンズ系９と、この走査用レンズ系９と感光体１３の
間に、走査用レンズ系９側より順に設けられたシリンダ
ミラー１０、間隔調整ミラー１１およびレジ調整ミラー
１２とを備えている。シリンダミラー１０は偏向器８の
回転多面鏡の面倒れを補正する光学系の一部を構成する
ものである。間隔調整ミラー１１は、２つのビームの間
隔を調整するためのものであり、後で詳しく説明する。
レジ調整ミラー１２は感光体１３上におけるビーム位置
を調整するためのものである。

【００２２】光学走査装置は、さらに、偏向器８によっ
て偏向されるビームのうちの走査開始端側における走査
領域外のビームを反射するピックアップミラー１５と、
このミラー１５の反射光の光路上に設けられたレンズ１
６およびフォトセンサ１７と、偏向器８によって偏向さ
れるビームのうちの走査終了端側における走査領域外の
ビームを反射するピックアップミラー２０と、このミラ
ー２０の反射光の光路上に設けられた三角スリット２１
およびフォトセンサ２２とを備えている。フォトセンサ
１７は画像の書き出し位置を制御するための同期信号を
出力するものである。三角スリット２１およびフォトセ
ンサ２２は２つのビームの間隔を検出するためのもので
ある。

【００２３】この光学走査装置では、第１のレーザダイ
オード１から出射されたＰ偏光の第１のビーム４１は、
カップリングレンズ３で平行光束にされ、偏光ビームス
プリッタ５を透過する。一方、第２のレーザダイオード
２から出射されたＳ偏光の第２のビーム４２は、カップ
リングレンズ４で平行光束にされ、偏光ビームスプリッ
タ５で直角に反射され、第１のビーム４１と同一方向に
進む。偏光ビームスプリッタ５から出射された各ビーム
は、折り返しミラー６およびシリンダレンズ７を経て、
偏向器８で反射偏向され、走査用レンズ系９、シリンダ
ミラー１０、間隔調整ミラー１１およびレジ調整ミラー
１２を経て感光体１３上に照射される。また、入射する
各ビームに対する間隔調整ミラー１１の角度を変えるこ
とによって、この間隔調整ミラー１１から出射する２つ
のビームの間隔、すなわち副走査方向のドット間隔が調
整される。また、感光体１３上のドットの副走査方向の
位置合わせのために、レジ調整ミラー１２によってドッ
ト位置が補正される。なお、間隔調整ミラー１１が感光
体１３の近くに配置された場合にはレジ調整ミラー１２
は不要となる。

【００２４】この光走査装置を有する画像形成装置で
は、通常のゼログラフィー方式のプロセスに従って、感
光体１３が一様に帯電され、それぞれ画像データに応じ
て変調された２本のレーザビームによって感光体１３上
に静電潜像が形成され、この静電潜像に現像装置によっ
てトナーが付着されてトナー画像として可視像化され、
転写装置によってトナー画像が用紙に転写される。

【００２５】次に図３および図４を用いて間隔調整ミラ
ー１１について詳しく説明する。図３は間隔調整ミラー
１１の近傍を示す説明図、図４は間隔調整ミラー１１の
断面図である。

【００２６】図３に示すように、間隔調整ミラー１１
は、支点２６を中心として回転自在なブラケット２５に
保持されている。ブラケット２５は一方の面にトーショ
ンバネ２７が当接し、他方の面に送りねじ２８が当接し
ている。そして、送りねじ２８を回転することによって
ブラケット２５および間隔調整ミラー１１の角度を調整
できるようになっている。

【００２７】図４に示すように、間隔調整ミラー１１
は、透明板３０の表面にＰ偏光のみを反射する反射層３
１がコーティングされ、裏面にＳ偏光のみを反射する反
射層３２がコーティングされて構成されている。

【００２８】図３に示すように、間隔調整ミラー１１に
Ｐ偏光の第１のビーム４１とＳ偏光の第２のビーム４２
とが入射すると、第１のビーム４１は間隔調整ミラー１
１の表面で反射し、第２のビーム４２は間隔調整ミラー
１１の裏面で反射するため、入射角がゼロでなければ第
１のビーム４１と第２のビーム４２とは所定の間隔ｄを
もって平行に間隔調整ミラー１１から出射される。そし
て、両ビームの間隔ｄは、入射ビームに対する間隔調整
ミラー１１の角度に応じて変化する。

【００２９】ブラケット２５を回動する送りねじ２８
は、図示しない駆動装置によって回転されるようになっ
ている。この駆動装置は、フォトセンサ２２で検出した
ビーム間隔に基づいて、ビーム間隔ｄが所望の値となる
ようにサーボをかけるようになっている。

【００３０】なお、間隔調整ミラー１１の表面反射と裏
面反射とでは光路長が異なるため、感光体１３でのフォ
ーカス位置の補正のために、予めレーザダイオードとカ
ップリングレンズのフォーカスを補正することが必要で
ある。また、光路長によって感光体１３上における走査
速度も異なるため、主走査方向のドット間隔を２つのビ
ームについて等しくするために、ビーム変調速度につい
ても補正することが必要である。

【００３１】なお、３ビーム以上を用いる場合には、各
ビームの光学的な特性を異ならせ、間隔調整ミラー１１
に各ビームの光学的な特性に基づいて各ビームを選択的
に反射する複数の反射面を形成することによって、２ビ
ームの場合と同様なビーム間隔の調整が可能である。図
５は３ビームを用いる場合の間隔調整ミラー１１の一例
を示す。この図に示す間隔調整ミラー１１は、透明板３
０の表面にＰ偏光のみを反射する反射面３１をコーティ
ングし、裏面にＳ偏光のみを反射する反射面３２をコー
ティングし、さらにこの反射面３２下に透明板３３を積
層し、この透明板３３の裏面に特定の波長の光のみを反
射する反射面３４をコーティングしたものである。な
お、反射面３１、３２は、反射面３４が反射する特定の
波長の光を透過するものとする。図５に示す間隔調整ミ
ラー１１を用いる場合は、３つのビームとして、１ビー
ム目は反射面３１で反射する特定の波長のＰ偏光ビー
ム、２ビーム目は反射面３１を透過し、反射面３２で反
射する特定の波長のＳ偏光ビーム、３ビーム目は反射面
３１、３２を透過し、反射面３４で反射する、上記と異
なる波長の特定波長ビームを用いる。

【００３２】次に図６および図７を用いて三角スリット
２１およびフォトセンサ２２について詳しく説明する。
図６は三角スリット２１およびフォトセンサ２２の平面
図、図７はその側面図である。これらの図に示すよう
に、三角スリット２１は例えば厚さ１００μｍのステン
レス板に５×１０ｍｍの直角三角形の孔がエッチングに
より形成されたものであり、この孔の裏側にフォトセン
サ２２が設けられている。図７に示すように、フォトセ
ンサ２２には、このフォトセンサ２２を駆動するフォト
センサドライブボード２３が接続されている。この三角
スリット２１およびフォトセンサ２２は、図６において
符号２４で示す方向にビームが横切るように配設され
る。

【００３３】フォトセンサ２２は、ビームが三角スリッ
ト２１の孔を通過する位置に応じた幅のパルスを出力す
る。図８（ａ）、（ｂ）はそれぞれ第１のビーム、第２
のビーム通過時のフォトセンサ２２の出力パルスの一例
を示すものである。これらの図に示すように、第１のビ
ーム通過時のパルス幅をｔ₁ 、第２のビーム通過時のパ
ルス幅をｔ₂ とすると、ｔ₂ −ｔ₁ よりビーム間隔を知
ることができる。なお、パルス幅ｔ₁ 、ｔ₂ を測定する
ときは、一方のビームのみを出射させて、別々に測定す
る。

【００３４】次に、間隔調整ミラー１１の角度の変化と
ドット間隔の変化の感度について説明する。

【００３５】例えば、図４における間隔調整ミラー１１
の透明板３０の厚さが４ｍｍ、間隔調整ミラー１１への
ビームの入射角が３０度、ブラケット２５の支点２６か
ら送りねじ２８の当接点までが３０ｍｍ、間隔調整ミラ
ー１１から感光体１３までが５０ｍｍの光学系を設計し
たとすると、間隔調整ミラー１１を１分回転させるため
に送りねじ２８が進む距離は９μｍであり、間隔調整ピ
ッチは２．６３μｍである。このときのリードレジ（感
光体１３上におけるビーム照射位置）の移動量は２９．
１μｍとなるが、上記条件を変えることで間隔調整ピッ
チが小さくも大きくもなることは当然である。なお、間
隔調整ミラー１１の表面反射と裏面反射でのフォーカス
差は２．７１ｍｍ発生するが、レーザダイオードとカッ
プリングレンズのフォーカス合わせで十分補正すること
ができる。

【００３６】以上説明したように本実施例によれば、２
つのビームの間隔の調整を走査用レンズ系９の後段に設
けた間隔調整ミラー１１で行うようにしたので、間隔調
整ミラー１１の移動量に対し感光体１３上でのドット間
隔の変動の感度が低く、高精度にドット間隔を調整する
ことができる。また、シリンダレンズ７から後ろの構成
が２つのビームについて同一になるため簡単な構成とな
る。また、２つのビームが共に走査用レンズ系９の光軸
を通過するため、走査線の撓みの発生を防止することが
できる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、結
像光学系と被走査面との間に設けられたビーム間隔調整
用ミラーによって複数の光ビームのビーム間隔を調整す
るようにしたので、複数の光ビームによって複数ライン
を同時に走査する場合に高精度にビーム間隔を調整でき
るという効果がある。また、複数の光ビームを結像光学
系の光軸を通すことができるので、走査線の撓みの発生
を防止することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の光学走査装置の全体構成
を示す説明図である。

【図２】 図１の光学走査装置を感光体の軸方向から見
た説明図である。

【図３】 図１における間隔調整ミラーの近傍を示す説
明図である。

【図４】 図１における間隔調整ミラーの断面図であ
る。

【図５】 図１における間隔調整ミラーの他の例を示す
断面図である。

【図６】 図１における三角スリットおよびフォトセン
サの平面図である。

【図７】 図６の三角スリットおよびフォトセンサの側
面図である。

【図８】 図６のフォトセンサの出力パルスの一例を示
す波形図である。

【図９】 従来の光学走査装置の構成を示す説明図であ
る。

【図１０】 ビーム間隔調整手段とビーム間隔検出手段
を有する従来の光学走査装置の構成を示す説明図であ
る。

【図１１】 図１０における光検出器を示す説明図であ
る。

【図１２】 ビーム間隔調整手段を有する従来の光学走
査装置の構成を示す説明図である。

【図１３】 図１２におけるプリズムの断面図である。

【符号の説明】

１、２…レーザダイオード、５…偏光ビームスプリッ
タ、８…偏向器、９…走査用レンズ系、１１…間隔調整
ミラー、１３…感光体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/10

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学的な特性が異なる複数の光ビームを
   発生する光源部と、 この光源部からの各光ビームを偏向して被走査面上を走
   査させる偏向器と、 この偏向器によって偏向された各光ビームを被走査面上
   に集束させる結像光学系と、 この結像光学系と被走査面との間に設けられ、各光ビー
   ムの光学的な特性に基づいて各光ビームを選択的に反射
   する複数の反射面を有し、結像光学系を通過した各光ビ
   ームを、それぞれ各光ビームを選択的に反射する反射面
   によって反射して被走査面上に導くと共に、入射する各
   光ビームに対する角度を変えることによって出射する複
   数の光ビームのビーム間隔を変化させるビーム間隔調整
   用ミラーとを具備することを特徴とする光学走査装置。