JPH0933833A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数ビームで走査した場合にすべてのビームが
走査できる範囲の角度を最大にする。また、何らかの誤
差が生じても急に走査できる範囲の角度が小さくならな
いようにする。 【解決手段】複数ビームの交差点を、回転多面鏡の面か
ら反射した後Ｌ１だけ進んだところにするように配置し
た。また、すべてのビームが走査できる範囲の角度が大
きく良好な領域の中央にＬ１が来るように配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザビームプリン
タ、コピー装置等に使用される光走査装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図２は、従来の光走査装置の全体概略図
を示したものであり、図３はその回転多面鏡近傍の図を
示したものである。本説明においては、説明を簡単にす
るために２ビームの例を示す。また、それ以上ビームの
場合でも最も両端の光を２本と考えれば、２ビームの場
合と同じように考えることができる。

【０００３】図２のように少なくとも２つの光源をもつ
半導体レ−ザ等の点光源１と、その２つの光を集光する
コリメータレンズ２と、その２つの光の中心軸を、回転
多面鏡４の面上で交わるように配置するリレーレンズ３
と、その２つの光を偏向走査させる回転多面鏡４とその
２つの光を所定の像面つまり、感光体６上の所定の位置
に結像させるＦθレンズ５とからなる光走査装置で、従
来は図３のように、２つのビームの中心線Ａ、Ｂは回転
多面鏡４の面が２つのビーム中心Ａ、Ｂが走査中央にな
る位置のとき、ちょうど回転多面鏡４の面上で交わって
から反射するような配置にしていた。

【０００４】一方、光走査装置はレーザビームプリンタ
などの印刷装置が高速印刷するようになると回転多面鏡
はそれに比例して早く回転させる必要がある。ただし、
内接円半径の大きい回転多面鏡は、回転が早いと遠心力
により破損する恐れが生じてくる。また多きすぎると光
学系が大きくなってしまい、価格の上昇につながること
になる。だから、なるべく小形の回転多面鏡の方が、よ
り早く回転させることができ、小形にできるので好まし
いことになる。また、回転多面鏡の面数を大記しても１
回転でより多く光を走査できるので高速印刷に適してい
る。その他、ビーム数を複数にしても高速印刷ができる
ようになる。

【０００５】また、光走査装置は現状より更に高解像度
の印刷をするために、微小な光スポットを作って感光体
上を細かく走査する必要がある。光スポットの直径を
δ、Ｆθレンズの焦点距離をＦ、使用する光の波長を
λ、円周率をπ、Ｆθレンズに入射させるビームの幅を
Ｄとすると、式（４）が成り立つことが知られている。 Ｄ＝４λＦ／πδ ・・・ （４） この式（４）から、高解像度の印刷をするために、δを
小さくするには、Ｄを大きくしなければならないことが
わかる。

【０００６】現在、レーザビームプリンタ等の印刷装置
では、前記の高速印刷、高精細印刷の他に、印刷幅つま
り走査幅の大きな光走査装置が望まれている。一般に、
Ｗを所定の走査幅、ＦをＦθレンズの焦点距離、θを走
査画角とすると、式（５）が成り立つ。 Ｗ＝Ｆθ ・・・ （５） この式から、走査画角が大きい方が所定の印刷幅を走査
するときに、Ｆθレンズの焦点距離を小さくでき、装置
が小形になって望ましいことになる。

【０００７】以上のことから、レーザビームプリンタ等
の印刷装置で、高速、高精細、幅広印刷を行おうとする
ためには、面数の多い、内接円半径の小さな回転多面鏡
を用いたいが、高解像度にするためには、ビーム幅を大
きくしなければならない。これを両方実行すると、走査
できる幅は従来より小さくなってしまい、従来と同じ構
成の光走査装置では所定の領域を走査させることができ
なくなってしまうことがわかる。そこで、ビームを複数
にして、高速でかつ高精細な光走査装置を実現できるよ
うになった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図２、図３に
示すような従来の２ビーム方式の構成では、１ビームで
走査できる走査領域よりも、２ビームともに走査できる
走査領域は狭く、所定の領域を走査できないという問題
があった。そこで、ほとんど同じ大きさの光学系でなる
べく走査領域の広い複数ビーム走査装置を開発すること
が望まれていた。以下に、実際に例をあげて説明する。
１ビームのとき回転多面鏡の面数１０面、入射させる光
の幅を４．４ｍｍ、回転多面鏡の内接円半径を３８．５
ｍｍ、回転多面鏡の１つの面の中央から出る垂線と、入
射させる複数ビーム全体の中心との交点と、回転多面鏡
の一つの面の中央との距離を１．９ｍｍ、回転多面鏡位
置が複数のビームの中心を走査する領域の中心になると
き、回転多面鏡の面の法線と、入射する複数ビーム全体
の中心線とがなす角度を３０度、回転多面鏡の外接円半
径を４０．４８ｍｍとすると、走査できる範囲は−２
８．８０７度から＋２８．８０１度で合計、５７．６０
８度となる。ただし、入射ビーム方向が＋である。これ
が２ビームとなり、その２ビームが交わる角度の半分を
２度とすると、２ビームともに走査できる範囲は、−２
８．６６０度から＋２８．６４２度となり合計、５７．
３０２度となる。よって、２ビームのときは、０．３０
６度走査できる範囲が狭くなってしまうことがわかる。

【０００９】本発明の目的は、上記のように複数ビーム
化することで、光走査装置の走査できる範囲が小さくな
ってしまうことを軽減するということである。そのた
め、複数のビームが交わる点を回転多面鏡によって反射
されたあと、所定の距離離れたところに配置している。
また、走査できる範囲が広く、かつ安定した領域に複数
のビームが交わる点を保持することでなんらかの誤差が
発生したときも走査できる範囲が広く安定に保てるよう
にできる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、複数のレー
ザ等の光源と、この光源からの複数ビームをコリメータ
レンズで集光して回転多面鏡上に入射させる光ビーム入
射光学系とを有する光走査装置において、前記複数ビー
ムのそれぞれのビームの中心線を、回転多面鏡の反射面
近傍でほぼ一点に交差させることにより達成される。

【００１１】

【作用】本発明によれば、複数ビーム走査装置におい
て、複数ビームの交わる点の位置を最適化しているの
で、走査できる範囲を最大にしたり、誤差に対する裕度
を広くしたりでき、小形で高性能な光走査装置を実現す
ることができる。

【００１２】

【実施例】実施例の全体の概略図は、図２であり、全体
的には従来例と同じである。実施例の回転多面鏡の近傍
を示したのが図１と図４である。ここでは、走査方向の
ビーム幅がＤである２つのビーム中心線をＡ、Ｂと示し
ている。ただし、３本以上であってもその両端の光を
Ａ、Ｂ２本として考えれば、２本のビームのときと同じ
ように考えられるので、以後２本の場合のみ説明する。

【００１３】図１では、回転多面鏡の反射位置が走査領
域の中央にあるときに、Ａ、Ｂの光は回転多面鏡から反
射して、Ｌ１だけ進んだところで交差するように配置し
ている。また、図４では同様に、回転多面鏡よりＬ２だ
け手前でＡ、Ｂの光が交差するように配置している。こ
のＬ１を適当な値にするときに、Ａビーム、Ｂビームが
共に走査できる領域が最大となる。また、Ｌ１を正、Ｌ
２を負の量とすると、Ｌ１とＬ２の間にあるときに走査
領域の最も広いところがあり、Ｌ２より小さくなると急
激に走査できる領域が減ってしまう。よって、交差する
位置をＬ１とＬ２の中間に設定すると、交差点の位置が
なんらかの原因で多少変化したとしても、走査できる領
域が狭くなる量が少なくて済むようになる。

【００１４】以上のことから、複数の光源を用いる光走
査装置において、走査できる領域を最大にするときは交
差点をＬ１にすれば良く、多少ばらついても、走査でき
る領域を広く安定になるようにしておきたい場合は、交
差点をＬ１とＬ２のちょうど中間にするようにすれば良
い。

【００１５】以上のことをもう少し詳しく以下に説明す
る。まず、２つのビームのＡビームとＢビームの反射に
ついて考える。図５のようにＡビームとＢビームのなす
角を２α、ＡビームとＢビームの中心線と回転多面鏡の
面の中央からの垂線となす角をβ、三角形ＯＰＱを回転
多面鏡のある１面、Ａ、Ｂの走査方向のビーム幅をＤ、
回転多面鏡の外接円半径をｙ、Ａビームの延長線と回転
多面鏡中心Ｏとの距離をＭ、Ｂビームの延長線と回転多
面鏡中心Ｏとの距離をｍ、回転多面鏡の面数をＮ、Ｒを
ビームＡとビームＢと回転多面鏡の面との交点、Ｓを回
転多面鏡面中央からの垂線と線Ｏとの交点とする。ま
た、Ａ、Ｂの中央線が反射したあとの線について、ビー
ムの振れる方向を図５のようにθ１、θ２とすると、以
下のように式が４つ求められる。

【００１６】Ａビームの走査中央に対するθ１方向の振
れ角をＡθ１とすると、Ａθ１は式（６）のように表せ
る。 Ａθ１＝２［１８０／Ｎ−arcsin｛（Ｄ−２Ｍ）／２ｙ｝］−２（β＋α） ・・・ （６） Ａビームの走査中央に対するθ２方向の振れ角をＡθ２
とすると、Ａθ２は式（７）のように表せる。 Ａθ２＝２［１８０／Ｎ−arcsin｛（Ｄ＋２Ｍ）／２ｙ｝］＋２（β＋α） ・・・ （７） Ｂビームの走査中央に対するθ１方向の振れ角をＢθ１
とすると、Ｂθ１は式（８）のように表せる。 Ｂθ１＝２［１８０／Ｎ−arcsin｛（Ｄ−２ｍ）／２ｙ｝］−２（β−α） ・・・ （８） Ｂビームの走査中央に対するθ２方向の振れ角をＢθ２
とすると、Ｂθ２は式（９）のように表せる。 Ｂθ２＝２［１８０／Ｎ−arcsin｛（Ｄ＋２ｍ）／２ｙ｝］＋２（β−α） ・・・ （９） 以上の（６）から（９）の式は２つのビームの交差点と
回転多面鏡の面との距離Ｌが０のときの式である。

【００１７】Ｌが０でないときは図６のようになり、式
（１０）、（１１）、（１２）が成り立つ。この図で、
Ａ、Ｂは２つのビームの中心線、ＯはＡ、Ｂのビームの
中央線、ＦはビームＡ、Ｂの交点、Ｇは回転多面鏡の面
中央からの垂線とビームＡとの交点、Ｈは回転多面鏡の
面中央からの垂線とビームＢとの交点、Ｃは回転多面鏡
面の中央ＤからビームＡへの垂線の足、Ｅは回転多面鏡
面の中央ＤからビームＢへの垂線の足、である。 ｜ＤＦ｜＝Ｌ ・・・ （１０） ｜ＤＧ｜＝Ｌsinα／sin（α＋β） ・・・ （１１） ｜ＤＨ｜＝Ｌsinα／sin（β−α） ・・・ （１２） ただし、｜ＤＨ｜など｜｜で囲まれた量は線分の長さを
示している。また、図７は図６のときのまわりを示した
図であり、図中のｍ、Ｍは式（１３）、（１４）の様に
表せる。 ｍ＝（Ｒ＋｜ＤＨ｜）sin（β−α） ・・・ （１３） Ｍ＝（Ｒ−｜ＤＧ｜）sin（β＋α） ・・・ （１４） ただし、Ｒは回転多面鏡の内接円半径である。さらに、
図８の様にｒを決めると、式（１３）、（１４）のＲを
（Ｒ＋ｒ）に置き換えれば良いことになる。これと、式
（１１）、（１２）をまとめると、式（１５）、（１
６）の様になる。 ｍ＝（Ｒ＋ｒ）sin（β−α）＋Ｌsinα ・・・ （１５） Ｍ＝（Ｒ＋ｒ）sin（α＋β）−Ｌsinα ・・・ （１６） 一方、Ｌが手前側であるときは、Ｌの値を負にすれば全
くこの式（１５）、（１６）と同じ様に成り立つ。つま
り、式（６）、（７）、（８）、（９）のＭ、ｍには式
（１５）、（１６）のＭ、ｍを入れれば良いことにな
る。ここで、実際に数値を入れて考えてみる。回転多面
鏡面数Ｎ＝１０面、走査方向のビーム幅Ｄ＝４．４ｍ
ｍ、回転多面鏡の内接円半径Ｒ＝３８．５ｍｍ、図８に
示す長さｒ＝１．９０３ｍｍ、ＡビームとＢビームの中
心線と回転多面鏡中心からの垂線となす角β＝３０度、
回転多面鏡の外接円半径ｙ＝４０．４８１ｍｍ、Ａビー
ムとＢビームのなす角の半分α＝２度、とした場合、図
１のＡビームの図５のθ１方向の角をＡθ１、θ２の方
向の角をＡθ２、同様にＢθ１、Ｂθ２、とすると式
（６）、（７）、（８）、（９）、（１５）、（１６）
により、計算した結果をまとめたグラフが図９である。
ここで、Ａビーム、Ｂビームともに走査できるθ１方向
とθ２方向の画角の和を計算すると、図１０の様にな
る。この図から、Ａビーム、Ｂビームともに走査できる
範囲が最大になるのは、図１０ののところで、Ａθ１
＝Ｂθ１となるときで、Ｌ＝＋１．２５４５ｍｍのとき
である。よって、この例のときは回転多面鏡の反射後
１．２５４５ｍｍのところで交差するように回転多面鏡
やビームを配置するとき、２本のビームがともに走査で
きる範囲が最大となることがわかる。

【００１８】また、図１０ののところは、Ｂθ１＝Ａ
θ１となるＬのところであり、これを求めると、Ｌ＝−
１．２２８７ｍｍである。よって、Ｌの値を図１０の
との中央に、つまりＬ＝＋０．０２５８のところへ設
定すれば、Ｌがなんらかの原因で±１．２ｍｍ程度ずれ
たとしても、走査領域は図１０のとの間になること
になり、安定してしかも広い走査画角を得ることができ
るようになる。このとを、一般の式で示したのが、
それぞれ式（３）、式（１）である。

【００１９】

【発明の効果】本発明の構成を用いれば、複数ビームの
光走査装置において、ビームの交差点を回転多面鏡の反
射面の反射後になるように配置しているので、従来より
も、走査できる範囲を広くすることができる。また、本
発明の構成を用いれば、複数ビームの光走査装置におい
ても、ビームの交差点を適当な位置にしているので、従
来よりもＬの大きさが、なんらかの原因で変化したとし
ても、複数ビームの走査できる範囲を広きすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の回転多面鏡近傍を示した図で
ある。

【図２】光走査装置の全体の概略図である。

【図３】従来の光走査装置の回転多面鏡近傍の図であ
る。

【図４】本発明の実施例の回転多面鏡近傍を示したもう
ひとつの図である。

【図５】本発明の実施例の説明図である。

【図６】本発明の実施例の説明図で、Ｌが０でないとき
の説明図である。

【図７】図６の回りの様子を示した図である。

【図８】大きさｒを説明するための図である。

【図９】Ａθ１、Ａθ２、Ｂθ１、Ｂθ２の計算結果を
示すグラフである。

【図１０】走査画角を計算した結果を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１は点光源、２はコリメータレンズ、３はリレーレン
ズ、４は回転多面鏡、５はＦθレンズ、６は感光体であ
る。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のレーザ等の光源と、この光源からの
   複数ビームをコリメータレンズで集光して回転多面鏡上
   に入射させる光ビーム入射光学系とを有する光走査装置
   において、前記複数ビームのそれぞれのビームの中心線
   を、回転多面鏡の反射面近傍でほぼ一点に交差させるこ
   とを特徴とする光走査装置。
2. 【請求項２】前記複数のビームが含まれる平面が、回転
   多面鏡の回転平面とほぼ一致することを特徴とする請求
   項１記載の光走査装置。
3. 【請求項３】前記複数のビームの中心が回転多面鏡で走
   査されるとき、複数のビームの中心が走査する領域の中
   心に向かうとき、複数のビームの交差点が回転多面鏡の
   反射後になるように配置することを特徴とする請求項１
   記載の光走査装置。
4. 【請求項４】前記複数のビームの交差点と、複数のビー
   ムの中心が回転多面鏡の反射面と交わる点の間の距離を
   Ｌとすると大略Ｌを式（１）を満たすように配置するこ
   とを特徴とする請求項３記載の光走査装置。 arcsin［｛Ｄ＋２（Ｒ＋ｒ）sin（α＋β）−２Ｌsinα｝／２ｙ］ −arcsin［｛Ｄ＋２（Ｒ＋ｒ）sin（β−α）＋２Ｌsinα｝／２ｙ］ ＝２α ・・・ （１） 但し、Ｄは回転多面鏡へ入射させるビームのうちの１つ
   のビームの走査方向の幅、Ｒは回転多面鏡の内接円半
   径、ｒは回転多面鏡の１つの面の中央から出る垂線と入
   射させる複数ビーム全体の中心との交点と回転多面鏡の
   一つの面の中央との距離、βは回転多面鏡位置が複数の
   ビームの中心を走査する領域の中心になるとき回転多面
   鏡の面の法線と入射する複数ビーム全体の中心線とがな
   す角度、αは複数ビームの中心で最も外側にある２つの
   ビームの中心線がなす角度の半分の角度、ｙは回転多面
   鏡の外接円半径である。
5. 【請求項５】前記複数のビームの交差点の位置を、回転
   多面鏡面上からＬであるとすると、Ｌを大略式（２）の
   範囲に設定することを特徴とする請求項１記載の光走査
   装置。 Ｂ≦Ｌ≦Ａ ・・・ （２） 但し、Ｂの値は次式（３）を満たすＬであり、Ａの値は
   式（１）を満たすＬである。 arcsin［｛Ｄ−２（Ｒ＋ｒ）sin（β−α）＋２Ｌsinα｝／２ｙ］ −arcsin［｛Ｄ−２（Ｒ＋ｒ）sin（α＋β）−２Ｌsinα｝／２ｙ］ ＝２α ・・・ （３）