JP3804256B2

JP3804256B2 - 光走査装置

Info

Publication number: JP3804256B2
Application number: JP4524398A
Authority: JP
Inventors: 義人関川
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2018-02-26
Also published as: JPH11242174A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームを画像情報に応じて感光体上に走査露光することにより、画像を記録する画像記録装置に使用される光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、画像処理装置の高速化、高解像化の要求に答え、また、焦点距離（光路長）を長くせずに、広い走査幅を得るために、オーバーフィルド光学系（Ｏｖｅｒｆｉｌｌｅｄ）の分割走査方式を採用した光走査装置を提案した（特願平８−３３８６３６号）。
【０００３】
この基本構成は、図７に示すように、２つの光源部４０Ａ、４０Ｂと、光源部毎に設けられた２つの第１光学系４２Ａ、４２Ｂと、画像信号によって変調されたレーザビームを入射し、これを画像信号の１ライン毎に繰り返して偏向するポリゴンミラー１２（回転多面鏡）と、偏向されたレーザビームを感光体４６（被走査面）で略等速にし、かつ感光体４６の近傍にレーザビームを収束させる１つの結像光学系４８とからなっている。
【０００４】
そして、偏向する走査角度を±２αとしたとき、ポリゴンミラー１２の同一反射面への入射角度を、ポリゴンミラー１２の回転中心と感光体４６の中央位置を結ぶ中心線ＣＬに対して主走査方向にそれぞれ−α、＋αとし、また、ポリゴンミラー１２の回転角を、２つのレーザビームの入射角度と同じα（±α／２）とし、ポリゴンミラー１２の面数をｎとしたとき、αが３６０°×０．６／ｎ＜α＜３６０°／ｎとなるように構成している。
【０００５】
この２つのレーザビームは、点線で示すレーザビームＡが−２αの走査角度で▲１▼から▲２▼の範囲を、実線で示すレーザビームＢが＋２αの走査角度で▲３▼から▲４▼の範囲を同時に走査する。
【０００６】
これによって、オーバーフィルド光学系で分割走査を行う場合に生じる現象、すなわち、ＦＮｏ（エフナンバー、カメラでいう所の「明るさ」）の変化とリンクして感光体４６上でビーム径の一様性が悪化するという現象を抑えた。
【０００７】
しかし、図８に示すように、オーバーフィルド光学系を採用すると、ポリゴンミラー１２の面幅より、レーザビームの入射光束幅（Ｄｏ）が大きいため、反射面ｂの前の隣面ａ（回転開始側）及び後の隣面ｃ（回転終了側）へ入射するビームも反射され、不要光Ｎとなってしまう。
【０００８】
図７に示すように、不要光Ｎ_Aが、レーザビームＡが▲１▼から▲２▼の範囲を走査すると同時に▲３▼から▲４▼の範囲を走査し、不要光Ｎ_Bが，レーザビームＢが▲３▼から▲４▼の範囲を走査すると同時に▲１▼から▲２▼の範囲を走査して二重書き込みとなる。
【０００９】
この不要光による二重書き込みを回避するため、図９及び図１０に示すように、２つのレーザビームＡ、Ｂを副走査方向の入射角度β１、β２が相互に異なるようにポリゴンミラー１２へ入射させ、レーザビーム毎に反射ミラー５０Ａ、５０Ｂを設けた光走査装置を提案した（特願平９−０１４１３９号参照）。
【００１０】
この構成によって、ポリゴンミラー１２で偏向されたレーザビームは副走査方向に異なる角度で出射され、反射ミラー５０Ａ、５０Ｂが配置された位置では、副走査方向に両レーザビームが十分離れるので、不要光Ｎ_A、Ｎ_Bは他方の反射ミラーで反射されることはない。
【００１１】
すなわち、レーザビームＡの不要光Ｎ_A（細い点線で表示）はレーザビームＢを反射する反射ミラー５０Ｂに当たって反射されることがなく、また、レーザビームＢの不要光Ｎ_Bも反射ミラー５０Ａに反射されることもないので、二重書き込みを回避することができる。
【００１２】
しかしながら、ポリゴンミラー１２の回転軸と直交する平面に対して、２つのレーザビームＡ、Ｂを副走査方向の入射角度β１、β２が相互に異なるようにポリゴンミラー１２へ入射させると、感光体４６上のビーム径の様子は一様性を含めて変化する。
【００１３】
具体的には、ｆθレンズ４８に対する副走査方向の入射角度β１、β２が２つのレーザビームＡ、Ｂで異なるため、走査面上におけるビーム径は、▲１▼から▲２▼と▲３▼から▲４▼までとは、特性が変化し、▲２▼と▲３▼においてビーム径に段差が生じてしまう。
【００１４】
ここで、どの程度ビーム径に段差が生じるか、図１１及び図１２を参照し具体的な数字を挙げて説明する。
【００１５】
ビームＡの副走査方向の入射角度β１＝１．２°、ビームＡの副走査方向の入射角度β１＝２．７°、ポリゴンミラー１２の面数ｎ＝２４、ポリゴンミラーの径Φ＝４６ｍｍ、光源としての半導体レーザの波長λ＝７８０ｎｍ、そして、ｆθレンズ４８Ａ、４８Ｂを以下のものとする。
【００１６】
ポリゴンミラー１２とｆθレンズ４８Ａの間隔を１８．５ｍｍ、
ｆθレンズ４８Ａのポリゴンミラー１２側の面の曲率半径（主走査方向のみ）を１７０．４３ｍｍ、
ｆθレンズ４８Ａのポリゴンミラー１２から遠い側の面は平面、
ｆθレンズ４８Ａの厚さを９ｍｍ、
ｆθレンズ４８Ａの屈折率を１．６０９１１０、
ｆθレンズ４８Ａとｆθレンズ２８の間隔を２５．９９８ｍｍ、
ｆθレンズ４８Ｂのポリゴンミラー１２側の面を∞、
ｆθレンズ４８Ｂのポリゴンミラー１２から遠い側の面の曲率半径を１２２．６７ｍｍ、
ｆθレンズ４８Ｂの厚さを１０ｍｍ、
ｆθレンズ４８Ｂの屈折率を１．７１２２６８。
【００１７】
次に、ｆθレンズ４８Ｂのポリゴンミラー１２から遠い側の面から反射ミラー５０（シリンドリカルミラー）までの距離を、ビームＡが２７６．８ｍｍ、ビームＢが２７１ｍｍ、反射ミラー５０の入出射角度を、ビームＡが６２°、ビームＢが６５．６°、反射ミラー５０から感光体４６までの距離を、ビームＡが９６．２ｍｍ、ビームＢが１０１．３ｍｍとすると、
主走査方向／副走査方向のビーム径は、図４及び図５に示すように、▲１▼の位置で６８μｍ／５９μｍ、▲２▼の位置で７１．５μｍ／６８．５μｍ、▲３▼の位置で１０３μｍ／１０５μｍ、▲４▼の位置で７０μｍ／６５μｍとなる。
【００１８】
このように、▲２▼と▲３▼において、ビーム径に大きな段差ができてしまい、画質に重大な悪影響を及ぼす（一般的には、ビーム径に不連続な段差があると、その部分に筋が描かれてしまう）。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮し、オーバーフィルド光学系の分割走査方式を採用しても、不要光による二重書き込みを防止でき、また、走査中央部（つなぎ目）のビーム径の段差を解消することができる光走査装置を提供することを課題とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明では、光源毎に設けられた２つの第１光学系から回転多面鏡の同一反射面へ２つのビームが主走査方向及び副走査方向にそれぞれ異なる角度で入射する。
【００２１】
そして、回転多面鏡が回転する間に、主走査方向に２つのビームがそれぞれ所定の角度範囲で偏向される。主走査方向に偏向されたビームは、単一の結像光学系を通じ、２つの反射鏡で個々に反射され、被走査面の１ラインを２分割走査する。
【００２２】
これら２つのビームは、反射鏡の位置では副走査方向に十分離れているので、不要光が他方の反射鏡で反射されず、結果として二重書き込みを回避することができる。
【００２３】
また、分割走査されることで生じる被走査面上のつなぎ目での主走査方向のビーム径の段差が解消するように、少なくとも一方の前記光学系を構成するシリンドリカルレンズの母線を初期のセット位置から光軸に対して回転させることで、つなぎ目での主走査方向のビーム径の段差を解消することができる。
【００２７】
請求項２に記載の発明では、第１光学系を構成するスリットの副走査方向の開口幅がそれぞれ異なっている。
【００２８】
請求項１の発明のように、シリンドリカルレンズの母線を回転させれば、つなぎ目における主走査方向のビーム径の段差をなくすことは可能である。しかし、副走査方向のビーム径の動きは独立であるため、調整具合によっては段差があまり小さくならない場合も考えられる。
【００２９】
そこで、いずれか一方のスリットの副走査方向の開口幅を変更することで、副走査方向においてビーム径の段差をなくすことができる（スリット幅が広いと、Ｆ／Ｎｏが小さくなり、ビーム径が小さくなるという現象を利用）。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、本形態に係る光走査装置１０には、ポリゴンミラー１２の回転中心と感光体１４の走査中央位置を結ぶ中心線ＣＬに対して、２つの光源部１６Ａ、１６Ｂが対称に配置されている。光源部１６Ａ、１６Ｂは、略ガウシアン分布のレーザビームを発光する半導体レーザで構成されている。
【００３１】
なお、以下、光源部１６Ａから出射されるレーザビームをビームＡ（破線表示）、光源部１６Ｂから出射されるレーザビームをビームＢ（実線表示）と区別する。そして、図２に示すように、光源部１６Ａは、ビームＡがポリゴンミラー１２の反射面１２ａへポリゴンミラー１２の回転軸Ｍと直交する平面Ｈに対して１．２°の入射角度で、光源部１６Ｂは、ビームＢがポリゴンミラー１２の反射面１２ａへ平面Ｈに対して２．７°の入射角度で、入射するように配置されている。
【００３２】
一方、光源部１６Ａ、１６Ｂから発光され縦横に異なった拡がり角をもったビームは、コリメータレンズ１８Ａ、１８Ｂで略平行光とされるが、コリメータレンズ１８Ａ、１８Ｂと光源部１６Ａ、１６Ｂとの間隔が、コリメータレンズ１８Ａ、１８Ｂの焦点距離より約１ｍｍ小さくされているので、コリメータレンズ１８Ａ、１８Ｂを通過したビームは、緩い発散光となる。
【００３３】
その直後、ビーム整形用のスリット２０Ａ、２０Ｂによって、発散光の中央のみの光が通過し、シリンドリカルレンズ２２Ａ、２２Ｂにより、ポリゴンミラー１２の反射面の近傍に副走査方向に収束する光とされる。
【００３４】
シリンドリカルレンズ２２Ａ、２２Ｂを通過したビームは、中心線ＣＬに対して対称に配置された反射ミラー２４Ａ、２４Ｂで反射される。反射ミラー２４ＡはビームＡを、中心線ＣＬに対して、主走査方向へ＋α（１２．８°）及び副走査方向へ１．２°の入射角度で、また、反射ミラー２４ＢはビームＢを、中心線ＣＬに対して、主走査方向へ−α（−１２．８°）及び副走査方向へ２．７°の入射角度で、ポリゴンミラー１２の同一反射面へ入射させる。
【００３５】
反射ミラー２４Ａ、２４Ｂとポリゴンミラー１２との間には、主走査方向にのみパワーを有する２枚組のｆθレンズ２６、２８が配設されており、このｆθレンズ２６、２８を通過したビームＡ、ビームＢは、ポリゴンミラー１２の面幅より広い略平行光（Ｄｏ）となって入射する（図８参照）。
【００３６】
このポリゴンミラー１２で偏向されたビームＡ、ビームＢは、再びｆθレンズ２６、２８を通過し、ビームＡはシリンドリカルミラー３０Ａで、ビームＢはシリンドリカルミラー３０Ｂで反射され、感光体１４の上に結像する。
【００３７】
このシリンドリカルミラー３０Ａ、３０Ｂは、ポリゴンミラー１２の各反射面の副走査方向の傾きのバラツキによって起る走査位置のズレ（面倒れ誤差と呼ばれる）を補正する。
【００３８】
一方、ｆθレンズ２６、２８の作用によって、結像によって感光体１４の上に生じるビームのスポットは、ビームＡのスポットが感光体１４の表面を▲１▼から▲２▼に向かって、ビームＢのスポットが感光体１４の表面を▲３▼から▲４▼に向かって、主走査方向にほぼ等速度で分割走査する。
【００３９】
このようにして、１ラインの走査が行われると、ポリゴンミラー１２の次の反射面によってビームＡ、ビームＢが偏向され、次のラインの走査が行われる。
【００４０】
そして、これらのラインにおける画像記録が行われる書き出し位置を設定するために、ｆθレンズ２６、２８を通過したビームＡの経路上にＳＯＳ（ＳｔａｒｔＯｆＳｃａｎ）３２が配設されている。このＳＯＳ３２は、制御部に接続されており、制御部はＳＯＳ３２の出力信号を検出した時点から所定時間経過した後、画像信号の変調を開始するようになっている。
【００４１】
また、ビームＢは、ビームＡのＳＯＳ３２の出力信号と同期して、所定時間経過した時点で、画像信号の変調が開始され、ビームＡが▲１▼から▲２▼に向かって走査すると同時に、▲３▼から▲４▼に向かって分割走査を行う。
【００４２】
次に、本形態に係る光走査装置の作用を説明する。
ビームＡとビームＢは、図１に示すように、走査中央位置を通る中心線ＣＬに対して角度範囲±２α（走査角）の１／２の角度±αをなすように、ポリゴンミラー１２へ入射される。
【００４３】
さらに、ポリゴンミラー１２の走査角（ビームが走査角度±２αの範囲を走査される間にポリゴンミラー１２が回転する角度）が、ビームＡとビームＢの入射角度と同じα（±α／２）とされている。すなわち、ポリゴンミラー１２が角度α回転するうちに、入射されたビームＡが▲１▼から▲２▼、ビームＢが▲３▼から▲４▼まで走査される。
【００４４】
なお、本形態では、副走査方向の入射角を、ビームＡは１．２°、ビームＢは２．７°としているが、入射角度は小さい方が感光体１４の上における光学特性の劣化が起りにくい。しかし、シリンドリカルミラー３０Ａが不要光Ｎ_Aをシリンドリカルミラー３０Ｂが不要光Ｎ_Bを反射して二重書き込みをしないように、シリンドリカルミラーを実装する上において、ビームＡとビームＢの間隔を副走査方向においてある程度確保する必要があるので、２つの条件を勘案して副走査方向の入射角を決定する必要がある。
【００４５】
次に、つなぎ目でのビーム径の段差について具体的数字を挙げて説明する。
ポリゴンミラー１２の面数ｎ＝２４面、入射角＝走査角／２＝α＝１２．８°、ビームＡの副走査方向の入射角１．２°、ビームＢの副走査方向の入射角２．７°、ポリゴンミラー１２の径＝４６ｍｍ、光源としての半導体レーザの波長入＝７８０ｍｍ、そして、ｆθレンズ２６、２８を以下のものとする。
【００４６】
ポリゴンミラー１２とｆθレンズ２６の間隔を１８．５ｍｍ、
ｆθレンズ２６のポリゴンミラー１２側の面の曲率半径（主走査方向のみ）を１７０．４３ｍｍ、
ｆθレンズ２６のポリゴンミラー１２から遠い側の面は平面、
ｆθレンズ２６の厚さを９ｍｍ、
ｆθレンズ２６の屈折率を１．６０９１１０、
ｆθレンズ２６とｆθレンズ２８の間隔を２５．９９８ｍｍ、
ｆθレンズ２８のポリゴンミラー１２側の面を∞、
ｆθレンズ２８のポリゴンミラー１２から遠い側の面の曲率半径を１２２．６７ｍｍ、
ｆθレンズ２８の厚さを１０ｍｍ、
ｆθレンズ２８の屈折率を１．７１２２６８。
【００４７】
また、ｆθレンズ２６のポリゴンミラー１２から遠い側のシリンドリカルミラーまでの距離を、ビームＡが２７６．８ｍｍ／ビームＢが２７１ｍｍ、シリンドリカルミラーの入出射角度を、ビームＡが６２°／ビームＢが６５．６°、シリンドリカルミラーから感光体までの距離を、ビームＡが９６．２ｍｍ／ビームＢが１０１．３ｍｍ、スリットの副走査方向の開口幅ＮをビームＡ及びビームＢとも１．８ｍｍとする。
【００４８】
上記の条件において、図３に示すように、光軸Ｌに対するシリンドリカルレンズ２２の母線Ｍの回転角度θを初期のシリンドリカルレンズ２２のセット位置に対して理想角度（ビームＡは０．５°、ビームＢは１．０°）とする。
【００４９】
これにより、図４及び図５に示すように、つなぎ目でのビーム径は、ビームＡが主走査方向６２μｍ：副走査方向５９μｍ、ビームＢが主走査方向６８μｍ：副走査方向７０μｍとなり段差が小さくなる。
【００５０】
また、光軸Ｌに対するシリンドリカルレンズ２２の母線Ｍの回転角度θを、初期のシリンドリカルレンズ２２のセット位置に対して理想角度と異なる角度（ビームＡは０．２°、ビームＢは１．１°）とする。
【００５１】
これにより、つなぎ目でのビーム径は、ビームＡが主走査方向６５μｍ：副走査方向６４μｍ、ビームＢが主走査方向６５μｍ：副走査方向６６．５μｍとなり、主走査方向の段差はなくなり、副走査方向の段差は一層小さくなる。
【００５２】
このように、母線Ｍを回転させることで、つなぎ目でのビーム径の段差を解消することができる。このため、２つの第１光学系（シリンドリカルレンズ、コリメータレンズ、スリット）を、共通部材で構成することができる。
【００５３】
ここで、ビームＡ側のスリット２０Ａの副走査方向の開口幅Ｎを１．７ｍｍに変更すると、図６に示すように、つなぎ目でのビーム径は、ビームＡが主走査方向６５μｍ（図５参照）：副走査方向６６．５μｍ、ビームＢが主走査方向６５μｍ（図５参照）：副走査方向６６．５μｍとなり、主走査方向と副走査方向の段差を無くすことができる。
【００５４】
なお、ビームＢ側のスリット２０Ｂの副走査方向の開口幅を広くすることによっても、同様に段差をなくすことができることは無論である。
【００５５】
【発明の効果】
本発明は以上の構成としたので、請求項１では、オーバーフィルド光学系を採用することで、ポリゴンミラーの径を大きくせず、装置の高速化と高解像度化を達成し、また、分割走査方式を採用することで、焦点距離（光路長）を長くせず、広い走査幅を確保することができる。
【００５６】
また、これに加えて、二重書き込みという問題を解消し、さらに、２つのビームのつなぎ目での主走査方向のビーム径の段差を解消することができる。
【００５９】
請求項２の発明では、スリットの開口幅を変更することで、副走査方向においてビーム径の段差をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の形態に係る光走査装置の構成図である。
【図２】本発明の形態に係る光走査装置の概略側面図である。
【図３】本発明の形態に係る光走査装置の第１光学系を示す斜視図である。
【図４】副走査方向のビーム径の変化の様子を示すグラフである。
【図５】主走査方向のビーム径の変化の様子を示すグラフである。
【図６】スリットの開口幅とビーム径との関係を示すグラフである。
【図７】従来の光走査装置の構成図である。
【図８】不要光を説明する概念図である。
【図９】従来の他の光走査装置の概略側面図である。
【図１０】従来の他の光走査装置の概略平面図である。
【図１１】ポリゴンミラーへ入出射するビームを示す平面図である。
【図１２】ポリゴンミラーへ入出射するビームを示す側面図である。
【符号の説明】
１２ポリゴンミラー（回転多面鏡）
１６Ａ光源（第１光学系）
１６Ｂ光源（第１光学系）
１８Ａスリット（第１光学系）
１８Ｂスリット（第１光学系）
２２Ａシリンドリカルレンズ（第１光学系）
２２Ｂシリンドリカルレンズ（第１光学系）
３０Ａシリンドリカルミラー（反射鏡）
３０Ｂシリンドリカルミラー（反射鏡）
Ｍ母線

Claims

２つの光源と、光源毎に設けられた２つの第１光学系と、主走査方向及び副走査方向にそれぞれ異なる角度で前記第１光学系から入射した２つのビームを同一反射面で偏向する回転多面鏡と、単一の結像光学系を通じて前記回転多面鏡で偏向された２つのビームを個々に反射して被走査面上を分割走査させる２つの反射鏡と、を備えたオーバーフィルド光学式の光走査装置において、
分割走査されることで生じる被走査面上のつなぎ目での主走査方向のビーム径の段差が解消するように、前記光源毎に設けられた少なくとも一方の前記光学系を構成するシリンドリカルレンズの母線を初期のセット位置から光軸に対して回転させたことを特徴とする光走査装置。
前記第１光学系を構成するスリットの副走査方向の開口幅がそれぞれ異なることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。