JPH06208068A - 光学走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数のビームを走査する場合に、ビーム間隔
とビーム径を互いに独立に調整できるようにする。 【構成】 ２本のレーザビームを発生するレーザダイオ
ードアレイ１と、レーザダイオードアレイ１からのビー
ムを平行光束にするコリメータレンズ２と、コリメータ
レンズ２通過後のビームを偏向する回転多面鏡３と、偏
向されたビームを感光体５近傍に結像させる結像レンズ
５と、回転多面鏡３の面倒れを補正するためのシリンダ
ーレンズ８と、感光体５上における副走査方向のビーム
間隔を変更可能なビーム間隔可変光学系７と、感光体５
上におけるビーム径を変更可能なスリット幅変更装置６
とを備え、スリット幅変更装置６によって、ビーム間隔
可変光学系７によるビーム間隔の変化に伴うビーム径の
変化を補正するようにしたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機やレーザプリン
タ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、複数の独立したレーザビームを射出する光源
部を用い、被走査面上を複数の走査線で同時に走査し、
情報を記録するための光学走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザプリンタ等の画像形成装置におい
て、高速化あるいは高解像度化を図るために、被走査面
上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。この方法を実現するための光学走査装
置としては、例えば特公平１−４５０６５号公報に示さ
れるものが知られている。

【０００３】図８は前記公報に示される光学走査装置の
概略の構成を示す説明図である。この装置では、２つの
発光源５１ａ、５１ｂから出射されたレーザビームは、
対物レンズ５２を経て、回転多面鏡からなる偏向器５３
によって偏向され、走査レンズ５４によって、一定速度
で回転する回転円筒体５５の感光媒体面に結像され、感
光媒体面上を走査する。図中、Ｌ₁ 、Ｌ₂ は、それぞれ
発光源５１ａ、５１ｂから出射されたレーザビームによ
って走査される走査線を示している。

【０００４】このような装置においては、被走査面上で
の走査線Ｌ₁ 、Ｌ₂ の間隔を高精度に設定することが必
要であるが、無調整でこの間隔を所望の値にするのは非
常に困難であるため、様々なビーム間隔変更方法が提案
されている。その中には、特開昭５７−５４９１４号公
報に示されるように、図８における対物レンズ５２と偏
向器５３の間に偏向器５３で偏向されるビームの偏向面
と垂直な面内においてのみ結像倍率を変化し得る光学手
段を設けるという方法がある。この光学手段は、例えば
アフォーカルビームエクスパンダである。このアフォー
カルビームエクスパンダは、光軸に平行に入射した近軸
光線が光軸に平行に出射するような光学系を言う。この
アフォーカルビームエクスパンダに入射した互いに平行
な近軸光線はアフォーカルビームエクスパンダ通過後も
互いに平行になるが、それらの光線がそれぞれ物体側お
よび像側で光軸となす角は一般には等しくならない。出
射光線が光軸となす角の、入射光線が光軸となす角に対
する比率を角倍率という。

【０００５】図９は、特開昭５７−５４９１４号公報に
示されるアフォーカルビームエクスパンダの一例を示す
説明図である。このアフォーカルビームエクスパンダ
は、３群のレンズ系よりなり、レンズ配置を変えること
によって角倍率を変えることができるようになってい
る。図９の例では、一方は光軸に沿って、他方は光軸に
対して角度θを成してアフォーカルビームエクスパンダ
に入射する２つのビームがアフォーカルビームエクスパ
ンダから出射するとき、各々の出射光の成す角θ′は、
（ａ）のレンズ配置ではθ′＝θ／３、（ｂ）のレンズ
配置ではθ′＝θ／６、（ｃ）のレンズ配置ではθ′＝
θ／９となる。

【０００６】なお、図９に示すアフォーカルビームエク
スパンダでは、角倍率が大きいと出射ビームのビーム径
は小さくなる。また、ガウシアンビームの特性から、走
査レンズ通過後の感光媒体面上におけるビーム径は、走
査レンズ通過前のビーム径に依存して変化する。従っ
て、感光媒体面上におけるビーム径は、アフォーカルビ
ームエクスパンダの角倍率に依存、すなわちアフォーカ
ルビームエクスパンダからのビームの出射角度に依存し
て変化することになる。そのため、アフォーカルビーム
エクスパンダを用いてビーム間隔を変更する光学走査装
置では、解像度を切り換えたときに、ビーム間隔とビー
ム径が同時に変更される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ビーム間隔
の調整というのは、解像度を切り換える場合のようにビ
ーム間隔を変更した場合にのみ必要なわけではなく、外
乱によってビーム間隔が変わってしまった場合にも必要
になる。この場合、ビーム間隔を変更しても、ビーム径
は現状を維持したいということになるが、上述のアフォ
ーカルビームエクスパンダを用いた構成ではビーム間隔
を変更するとそれに伴って必ずビーム径も変わってしま
うという問題点があった。

【０００８】また、解像度を切り換える場合、ビーム間
隔は解像度に比例するが、ビーム径は必ずしも解像度に
比例した方が良いというわけではなく、ビーム間隔とは
独立にビーム径を微調整したいという場合がある。しか
しながら、上述の構成ではビーム間隔とビーム径を独立
に調整することができないため、要望に応えることがで
きない。

【０００９】そこで本発明の目的は、複数の光ビームを
走査する場合に、ビーム間隔とビーム径を互いに独立に
調整できるようにした光学走査装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の光
学走査装置は、複数の独立した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、光源部からの各光ビームを被
走査面上に集束させる結像光学系と、光源部と偏向器と
の間に設けられ、被走査面上における副走査方向の光ビ
ームの間隔を変更可能なビーム間隔可変光学系と、この
ビーム間隔可変光学系とは別個に設けられ、被走査面上
における各光ビームのビーム径を変更可能なビーム径変
更手段とを備えたものである。

【００１１】この光学走査装置では、光源部からの複数
の光ビームは、偏向器によって偏向されると共に、結像
光学系によって被走査面上に集束されて、被走査面上を
走査する。また、ビーム間隔可変光学系によって被走査
面上における副走査方向の光ビームの間隔が調整可能で
あり、ビーム径変更手段によって被走査面上における各
光ビームのビーム径も調整可能である。

【００１２】請求項２記載の発明の光学走査装置は、請
求項１記載の発明において、さらに、ビーム径変更手段
を用いて、ビーム間隔可変光学系によるビーム間隔の変
化に伴うビーム径の変化を補正するビーム径補正手段を
備えたものである。

【００１３】この光学走査装置では、ビーム間隔可変光
学系によってビーム間隔を変化させると、それに伴って
ビーム径も変化するが、このビーム径の変化はビーム径
補正手段によって補正される。

【００１４】請求項３記載の発明の光学走査装置は、請
求項２記載の発明において、さらに、ビーム径変更手段
によるビーム径の変化の補正に伴う被走査面上における
光ビームの強度の変化を補正する光強度補正手段を備え
たものである。

【００１５】この光学走査装置では、ビーム径変更手段
によってビーム径の変化を補正すると、それに伴って被
走査面上における光ビームの強度も変化するが、この光
ビームの強度の変化は光強度補正手段によって補正され
る。

【００１６】

【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７は本発明の一実施例に係る
ものである。

【００１７】図１は本実施例の光学走査装置の全体構成
を示す説明図、図２は図１の光学走査装置の光源から偏
向器までのビームの状態を示す説明図である。これらの
図に示すように、本実施例の光学走査装置は、複数、こ
こでは２本の独立したレーザビームを発生するレーザダ
イオードアレイ１と、このレーザダイオードアレイ１よ
り発生された発散するレーザビームを平行光束にするコ
リメータレンズ２と、このコリメータレンズ２通過後の
レーザビームを偏向して、一定速度で回転する感光体５
上を走査させる偏向器としての回転多面鏡３と、この回
転多面鏡３により偏向されたレーザビームの走査速度を
補正すると共に感光体５の近傍にレーザビームを結像さ
せるための結像レンズ５と、コリメータレンズ２と回転
多面鏡３の間に設けられ、回転多面鏡３の面倒れを補正
する光学系の一部を形成するシリンダーレンズ８とを備
えている。なお、図２に示すように、レーザダイオード
アレイ１は、走査方向に対して垂直な方向に沿って所定
の間隔で２本のレーザビームを出射し、この２本のレー
ザビームは、図１に示すように感光体５上で２本の走査
線Ｌ₁ 、Ｌ₂ を形成する。

【００１８】光学走査装置は、さらに、コリメータレン
ズ２とシリンダーレンズ８との間に設けられ、感光体５
上における副走査方向のレーザビームの間隔を変更可能
なビーム間隔可変光学系７と、コリメータレンズ２とビ
ーム間隔可変光学系７との間に設けられ、感光体５上に
おけるレーザビームのビーム径を変更可能とするビーム
径変更手段としてのスリット幅変更装置６と、感光体５
の近傍に設けられ、感光体５上における２本の走査線Ｌ
₁ 、Ｌ₂ の間隔を検出するビーム間隔検出器９とを備え
ている。

【００１９】この光学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
光体ドラム５が一様に帯電され、それぞれ画像情報に応
じて変調された２本のレーザビームによって感光体５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。

【００２０】ビーム間隔可変光学系７は、例えば図９に
示すような複数のレンズからなるアフォーカルビームエ
クスパンダであり、図示しないレンズ移動装置によって
レンズの配置を変更することによって、感光体５上にお
ける副走査方向のレーザビームの間隔、すなわち２本の
走査線Ｌ₁ 、Ｌ₂ の間隔を変更できるようになってい
る。

【００２１】図３はスリット幅変更装置６の一例を示す
斜視図である。このスリット幅変更装置６は、中央部に
スリット６ａを有するスリット板６ｂと、このスリット
板６ｂを回転させるため軸部６ｃとを備えている。軸部
６ｃはレーザビームの進行方向に対して垂直な軸Ａに沿
って配置され、図２に示すように、２本のレーザビーム
がスリット６ａを通過するようになっている。そして、
図示しないモータ等の駆動手段によって軸Ａを中心とし
てスリット板６ｂを回転することによって、図４に示す
ように、レーザビームの進行方向１６から見て、副走査
方向に対応する方向におけるスリット６ａの開口幅が変
化して、スリット６ａ通過後のレーザビームのビーム幅
が調整されるようになっている。

【００２２】図５はスリット幅変更装置６の他の例を示
す斜視図である。このスリット幅変更装置６は、副走査
方向に対応する方向に沿って配置された２枚の可動板１
０ａ、１０ｂと、この可動板１０ａ、１０ｂを副走査方
向に対応する方向に移動可能に保持するホルダ１１とを
備えている。２枚の可動板１０ａ、１０ｂは図示しない
アクチェータ等の駆動手段によって副走査方向に対応す
る方向に沿って、かつレーザビームの進行方向に対して
対称的に移動され、これにより、可動板１０ａ、１０ｂ
間に形成されるスリット１０ｃの開口幅が変化して、ス
リット１０ｃ通過後のレーザビームのビーム幅が調整さ
れるようになっている。

【００２３】図６は、本実施例におけるビーム間隔可変
光学系７のレンズ位置、スリット幅変更装置６のスリッ
ト幅およびレーザダイオードアレイ１のレーザパワーを
制御するための構成を示すブロック図である。この図に
示すように、本実施例では、ビーム間隔検出器９の出力
に基づいて後述する演算を行う演算装置２０と、この演
算装置２０の出力に基づいて、ビーム間隔可変光学系７
のレンズを移動するレンズ移動装置２８を制御するレン
ズ位置制御回路２４と、演算装置２０の出力に基づい
て、スリット幅変更装置６を制御するスリット幅制御回
路２５と、レーザパワーの初期値を設定するための第１
のレーザパワー制御回路２６と、演算装置２０の出力に
基づいて、レーザパワーを設定するための第２のレーザ
パワー制御回路２７と、第１のレーザパワー制御回路２
６の設定値と第２のレーザパワー制御回路２７の設定値
とを加算してレーザダイオードアレイ１に供給する加算
器２９とを備えている。また、演算装置２０には、画像
形成装置の制御回路３０より、ビーム間隔、スリット
幅、レーザパワーの各設定値が入力されるようになって
いる。

【００２４】演算装置２０は、例えばマイクロコンピュ
ータで構成され、プログラムの実行により、レンズ位置
決定手段２１と、スリット幅決定手段２２と、レーザパ
ワー決定手段２３の各機能を実現するようになってい
る。

【００２５】レンズ位置決定手段２１は、ビーム間隔検
出器９によって検出されたビーム間隔と制御回路３０か
らのビーム間隔の設定値との差から、ビーム間隔可変光
学系７における最適のレンズ位置を決定し、レンズの必
要移動量をレンズ位置制御回路２４へ送出する。スリッ
ト幅決定手段２２は、現在のレンズ位置での光学系と調
整後のレンズ位置での光学系の角倍率の差を算出し、さ
らにビーム径変化分を算出してスリット幅変更装置６に
おける最適なスリット幅を決定し、必要なスリット幅の
変化量をスリット幅制御回路２５に送出する。レーザパ
ワー決定手段２３は、スリット幅の変化量から感光体５
上に到達するレーザパワーの変化量を算出し、最適なレ
ーザパワーの値を決定し、第２のレーザパワー制御回路
２７に送出する。

【００２６】次に、図７のフローチャートを参照して、
本実施例におけるビーム間隔、ビーム径およびレーザパ
ワーの制御に関する動作について説明する。図７に示す
ように、まず、画像形成装置の電源投入後、ステップ
（以下、Ｓと記す。）１０１で、制御回路３０より演算
装置２０に対して、ビーム間隔可変光学系７のレンズ位
置、スリット幅変更装置６のスリット幅の初期値を設定
する。

【００２７】次にＳ１０２で、ビーム間隔検出器９によ
ってビーム間隔を検出する。次にＳ１０３で、演算装置
２０のレンズ位置決定手段２１によって、ビーム間隔検
出器９によって検出されたビーム間隔と制御回路３０か
らのビーム間隔の設定値との差から、ビーム間隔可変光
学系７における最適のレンズ位置、すなわちビーム間隔
が設定値となるレンズ位置を決定し、レンズの必要移動
量をレンズ位置制御回路２４に送出する。このレンズ移
動量に応じてレンズ位置制御回路２４は、レンズ移動装
置２８を介してビーム間隔可変光学系７のレンズ位置を
制御し、ビーム間隔を制御する。

【００２８】ビーム間隔可変光学系７によってビーム間
隔を変えると、それに伴ってビーム径も変化する。そこ
で、Ｓ１０４でビーム径の変化を補正する。すなわち、
レンズ位置決定手段２１によって決定されたレンズ位置
に基づいて、スリット幅決定手段２２によって、現在の
レンズ位置での光学系と調整後のレンズ位置での光学系
の角倍率の差を算出し、さらにビーム径変化分を算出し
てスリット幅変更装置６における最適なスリット幅を決
定し、必要なスリット幅の変化量をスリット幅制御回路
２５に送出する。そして、このスリット幅の変化量に応
じてスリット幅制御回路２５によってスリット幅変更装
置６のスリット幅が制御され、感光体５上におけるビー
ム径が補正される。なお、ガウシアンビームであるレー
ザビームの特性から、スリット幅を大きくすると結像レ
ンズ４通過後の感光体５上におけるビーム径は小さくな
り、スリット幅を小さくすると感光体５上におけるビー
ム径は大きくなる。

【００２９】スリット幅変更装置６によってスリット幅
を変えると、スリットを通過するレーザビームの光量が
変化し、感光体５上におけるレーザパワーが変化する。
そこで、Ｓ１０５でレーザパワーの変化を補正する。す
なわち、スリット幅決定手段２２によって求められたス
リット幅の変化量から感光体５上に到達するレーザパワ
ーの変化量を算出し、最適なレーザパワーの値を決定
し、第２のレーザパワー制御回路２７に送出する。そし
て、この第２のレーザパワー制御回路２７によってレー
ザダイオードアレイ１から出力されるレーザパワーが制
御され、感光体５上におけるレーザパワーの変化が補正
される。

【００３０】次にＳ１０６で、ビーム間隔、ビーム径お
よびレーザパワーの制御を終了するか否かを判断し、終
了する場合（“Ｙ”）は動作を終了し、制御を終了しな
い場合（“Ｎ”）はＳ１０２へ戻る。

【００３１】なお、図７には、ビーム間隔の変化に伴う
ビーム径の変化を補正し、さらにビーム径の変化に伴う
レーザパワーの変化を補正する場合の動作を示したが、
ビーム間隔とビーム径とレーザパワーは、それぞれ独立
に制御することができる。すなわち、ビーム間隔を変更
する場合にはレンズ位置の設定値を変更する。また、ビ
ーム径を変更する場合にはスリット幅の設定値を変更
し、スリット幅の変更によって感光体５上におけるレー
ザパワーが変化するため必要があればレーザパワーも変
更する。また、レーザパワーを変更する場合にはレーザ
パワーの設定値を変更する。

【００３２】このように本実施例では、ビーム間隔、ビ
ーム径およびレーザパワーをそれぞれ独立に制御するこ
とができるので、解像度を切り換える場合等において、
ビーム間隔とビーム径を共に変更したり、ビーム径を変
えることなくビーム間隔のみを変更したりすることが可
能となる。また、ビーム径を変えても感光体５上におけ
るレーザパワーを一定に保ったり、レーザパワーのみを
独立に変更したりすることが可能となる。また、外乱等
によってビーム間隔が変動した場合において、ビーム径
を変えることなくビーム間隔を調整することが可能とな
る。

【００３３】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
例えば、スリット幅変更に伴うレーザパワーの変化が無
視できる範囲内でのみビーム間隔を調整する場合には、
図６におけるレーザパワー決定手段２３および第２のレ
ーザパワー制御回路２７は必ずしも必要ではない。

【００３４】また、ビーム間隔の変動を考慮しなけれ
ば、ビーム間隔の設定値のみに基づいてビーム間隔可変
光学系７のレンズを移動することも可能であり、この場
合にはビーム間隔検出器９は必ずしも必要ではない。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、複数の光ビームを走査する光学走査装置にお
いて、ビーム間隔可変光学系と、このビーム間隔可変光
学系とは別個のビーム径変更手段とを設けたので、複数
の光ビームの間隔と各光ビームのビーム径とを独立に制
御することができるという効果がある。

【００３６】また、請求項２記載の発明によれば、ビー
ム間隔可変光学系によるビーム間隔の変化に伴うビーム
径の変化を補正することができるので、上記効果に加
え、ビーム間隔が変動し、これを調整する場合でもビー
ム径を一定に保つことができ画質を良好な状態に保つこ
とができるという効果がある。

【００３７】また、請求項３記載の発明によれば、ビー
ム径変更手段によるビーム径の変化の補正に伴う被走査
面上における光ビームの強度の変化を補正することがで
きるので、上記請求項２記載の発明による効果に加え、
ビーム間隔が変動し、これを調整する場合でもビーム径
および光ビームの強度を共に一定に保つことができ画質
をより良好な状態に保つ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の光学走査装置の光源から偏向器までの
ビームの状態を示す説明図である。

【図３】 図１におけるスリット幅変更装置の一例を示
す斜視図である。

【図４】 図３のスリット幅変更装置の動作を示す説明
図である。

【図５】 図１におけるスリット幅変更装置の他の例を
示す斜視図である。

【図６】 一実施例におけるビーム間隔可変光学系のレ
ンズ位置、スリット幅変更装置のスリット幅およびレー
ザダイオードアレイのレーザパワーを制御するための構
成を示すブロック図である。

【図７】 一実施例におけるビーム間隔、ビーム径およ
びレーザパワーの制御に関する動作を示すフローチャー
トである。

【図８】 従来の光学走査装置の概略の構成を示す説明
図である。

【図９】 アフォーカルビームエクスパンダの一例を示
す説明図である。

【符号の説明】

１…レーザダイオードアレイ、３…回転多面鏡、４…結
像レンズ、５…感光体、６…スリット幅変更装置、７…
ビーム間隔可変光学系、９…ビーム間隔検出器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の独立した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、 前記光源部からの各光ビームを前記被走査面上に集束さ
   せる結像光学系と、 前記光源部と偏向器との間に設けられ、前記被走査面上
   における副走査方向の光ビームの間隔を変更可能なビー
   ム間隔可変光学系と、 このビーム間隔可変光学系とは別個に設けられ、前記被
   走査面上における各光ビームのビーム径を変更可能なビ
   ーム径変更手段とを具備することを特徴とする光学走査
   装置。
2. 【請求項２】 前記ビーム径変更手段を用いて、前記ビ
   ーム間隔可変光学系によるビーム間隔の変化に伴うビー
   ム径の変化を補正するビーム径補正手段を具備すること
   を特徴とする請求項１記載の光学走査装置。
3. 【請求項３】 前記ビーム径補正手段によるビーム径の
   変化の補正に伴う被走査面上における光ビームの強度の
   変化を補正する光強度補正手段を具備することを特徴と
   する請求項２記載の光学走査装置。