JPH0943522A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転多面鏡に偏心があっても、画像に及ぼす
ジッタの影響を軽減することができる。 【構成】 第２の光源部２０からの第２の光束は回転多
面鏡１５によって反射偏向され、同期光検出部２１の光
センサ２２に検出され、このときの電気信号を図示しな
い制御部が確認し、第２の光源部２０面が消灯され、こ
の電気信号から所定時間後に画像形成用の第１の光源部
１３が被走査線上に形成する画像の露出分布に従って明
滅する。この同期光検知時に生ずる回転多面鏡１５の回
転角誤差が、第１の光束による走査開始端及び走査終了
端に生ずる回転角誤差の中間になるように第２の光源部
２０及び同期光検知部２１を配置することにより、結果
として形成画像におけるジッタ量を半分に低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザービームプ
リンタなど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８は従来の光走査装置の構成図を示
し、半導体レーザー素子１やコリメータレンズ２等から
成るレーザー光源部３の前方の光路上には、シリンドリ
カルレンズ４、ポリゴンミラーから成る回転多面鏡５が
配列されており、回転多面鏡５は回転中心Ｏから等距離
に複数の反射面を有し、図示しない駆動モータにより一
定速度で矢印Ａ方向に回転するようになっている。

【０００３】回転多面鏡５の反射方向には、走査レンズ
６、感光ドラム７が配列されており、走査レンズ６の近
傍には、回転多面鏡５で反射された走査開始光束を集光
する結像レンズ８、この光束を受光する光センサ９が配
列されており、これらにより走査方向の同期信号を発生
する同期光検出部１０が形成されている。

【０００４】レーザー光源部３の半導体レーザー素子１
からのレーザー光はコリメータレンズ２により平行光と
なり、シリンドリカルレンズ４を介して回転多面鏡５の
反射面に照射される。このレーザー光は回転多面鏡５に
より反射偏向され、走査レンズ６により被走査面である
感光ドラム７上にスポット状に結像して等速走査され
る。

【０００５】また、レーザー光源部３からの光束を平行
光ではなく収束光とすれば、回転多面鏡５から走査面ま
での光路を短縮することができ、走査レンズ６の屈折力
を減ずることができるので、これによってコンパクトな
光走査装置を形成することができ、かつ走査レンズ６の
形状を薄くすることにより、レンズのプラスチック化等
におけるタクトの短縮、複屈折の低減等を行っている。
更に、レーザー光源部３にレンズを持たず、半導体レー
ザー素子１からの発散光をそのまま光束として使用すれ
ば、部品点数を削減して安価かつ簡素な装置とすること
ができる。

【０００６】回転多面鏡５で偏向された走査開始光束
は、同期光として同期光検出部１０に入射し、結像レン
ズ８を介して光センサ９に受光され、この光センサ９か
ら出力される同期信号は、各走査における画像信号の書
き出しの同期をとるために使用される。そして、図示し
ない制御部は、各走査において同期信号から予め決めら
れた所定時間遅延後に、画像信号に応じてレーザー光源
を明滅させて走査を行う。これにより、回転多面鏡５の
各面の角度分割誤差、駆動モータの回転速度むら等によ
って走査周期に変動が生じた場合でも、各走査毎の被走
査線上の信号書き出し位置をほぼ一定に制御することが
できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来例においては、回転多面鏡５に入射する光束を収束光
又は発散光とした場合に、回転多面鏡５の偏心によって
回転中心から各反射面までの距離に変動が生ずると、各
走査毎に印字終了端の印字位置が変化するジッタエラー
が発生する。

【０００８】図９において、回転多面鏡５の回転中心を
Ｏ、正規の位置にある回転多面鏡５の反射面をＭ、反射
面Ｍによる反射点及び結像点をＰ及びＩ、距離ｄだけ偏
心した回転多面鏡５の反射面をＭ’、反射面Ｍ’による
反射点及び結像点をＰ’及びＩ’とすると、回転多面鏡
５への入射光束Ｂが収束光の場合は、その光束は反射面
Ｍとの交点である反射点Ｐにおいて反射された後に距離
L1の位置にある結像点Ｉに結像する。一方、入射光束Ｂ
が発散光の場合は、反射光束は反射面Ｍの前方に虚像を
結び距離はL1よりも小さくなる。

【０００９】回転多面鏡５の偏心により回転中心Ｏと反
射面Ｍとの距離がｄだけずれると、反射点ＰはＰ’に移
動し、結像点ＩはＩ’に距離Ｓだけ移動する。従って、
光走査装置が走査レンズ６を持つ場合には、走査レンズ
６によって形成される走査線上のスポット像は、この回
転多面鏡５の反射光束による結像点Ｉを再結像したもの
であるから、反射光束の結像点Ｉの移動は、所定の結像
倍率を掛けて得られる走査線上のスポット像の移動とな
って現れる。

【００１０】ここで、回転多面鏡５の反射面Ｍへの入射
角をθとすると、回転多面鏡５の反射面Ｍの法線方向変
位ｄにより、反射光束の横ずれＳは次式のようになる。 Ｓ＝２・ｄ・ sinθ ・・・ (1)

【００１１】反射点Ｐのずれｄが生じても、結像点Ｉの
ずれＳが生じないようにするためには、回転多面鏡５の
回転によって反射光束を微小量回転させて、結像点Ｉと
Ｉ’を重ねればよい。そのときの反射光束の必要回転角
φを、回転多面鏡５の偏心による回転角誤差と呼び、次
式で表される。 φ≒Ｓ／L1 [rad] ＝（２・ｄ／L1）・ sinθ ・・・ (2)

【００１２】回転角誤差φが同期検知位置を含む走査領
域全面に渡って一定であれば、通常の同期検知をするこ
とによって、全走査領域での位置ずれを相殺することが
可能であるが、式(2) から明らかなように、必要回転角
φは回転多面鏡５の回転と共に変化するので、これによ
って同期検知で相殺されない走査位置誤差が走査終了端
において大きく発生し、これが回転多面鏡５の各面によ
る走査位置のずれ即ちジッタとなって現れて印字品位を
落とすことになる。

【００１３】このジッタを小さく抑えるためには、回転
多面鏡５の加工精度の向上による偏心の抑制、回転多面
鏡５の保持方法の改善、昇温対策などが必要であり、設
計生産上のコストアップを引き起こすことになる。

【００１４】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
回転多面鏡に偏心があっても、画像に及ぼすジッタの影
響を軽減することができる光走査装置を提供することに
ある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る光走査装置は、非平行な第１の光束を発
する第１の光源部と、該第１の光束を偏向走査する回転
多面鏡とを有し、該回転多面鏡により偏向走査された前
記第１の光束を所定走査面上に結像走査させる走査光学
装置において、前記回転多面鏡に向けて非平行な第２の
光束を発する第２の光源部と、前記回転多面鏡が所定の
回転角にあるときに前記第２の光束の反射光を受光し走
査方向の同期信号を発する同期光検出部とを備えたこと
を特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明を図１〜図７に図示の実施
例に基づいて詳細に説明する。図１は第１の実施例の光
走査装置の構成図を示し、非平行な第１の光束を発する
半導体レーザー素子１１、コリメータレンズ１２から成
る第１の光源部１３の前方には、紙面に垂直な方向にの
みパワーを有するシリンドリカルレンズ１４、回転多面
鏡１５が配列され、回転多面鏡１５は駆動部により矢印
Ａ方向に一定角速度で回転するようになっている。回転
多面鏡１５の反射方向には、走査面内と副走査断面とで
異なる結像特性を有するアナモフィックレンズである走
査レンズ１６、感光体等の被走査面１７が配置されてい
る。

【００１７】また、第１の光源部１３の近傍には、同期
検知用の第２の光束を発するＬＥＤ素子１８、集光レン
ズ１９から成る第２の光源部２０が配置され、回転多面
鏡１５の反射面が所定角度にあるときの第２の光束が反
射される反射光軸上に同期光検出部２１が設けられてい
る。

【００１８】走査レンズ１６は走査面内においては、入
射光束の入射角に比例した被走査面１７線上の位置にス
ポットを形成するｆθ機能を有し、副走査方向において
は回転多面鏡１５の反射面の近傍を被走査面１７上に結
像させる面倒れ補正機能を有している。なお、光束の非
平行性は走査面内における平行度のことであり、面倒れ
補正機能における第１の光束の副走査方向の収束性とは
無関係である。

【００１９】図２〜図４は３種類の同期光検出部２１を
示し、図２はピンフォトダイオード等の光センサ２２だ
けで構成されている。即ち、光センサ２２の受光面への
集光は同期検知用の第２の光束の集光性をそのまま利用
し、光センサ２２の受光面の境界そのものを開口として
いる。

【００２０】図３においては、光センサ２２の前に開口
２３、結像レンズ２４を順次に配列した同期光検出部２
１を示している。このように、回転多面鏡１５の偏向面
と開口２３との間に結像レンズがない場合は、回転多面
鏡５の反射面が所定角度にあるときに、その反射光軸上
に設けられた開口２３に第２の光束が結像入射するよう
に、ＬＥＤ素子１８と集光レンズ１９の間隔が調整され
ている。これによって、開口２３を横切るスポット像を
小さくし、走査による僅かな位置変化で大きな光量変化
を生じさせて、同期検知精度を向上させている。

【００２１】図４は光センサ２２の前に開口２５、結像
レンズ２６を配置した同期光検出部２１を示し、これに
よって装置の全長を短縮することができる。このよう
に、回転多面鏡１５の偏向面と開口２５の間に結像レン
ズ２６がある場合は、結像レンズ２６により形成される
開口２５の像２５’の位置が、同期光検出部２１の開口
２５の位置と共役になる。

【００２２】光走査装置の稼働に際しては、先ず図示し
ない制御部により第２の光源部２０を点灯する。第２の
光源部２０から発した第２の光束は回転多面鏡１５によ
って反射偏向されるが、同期検出部２１を第２の光束が
通過する際に、光センサ２２から電気信号が発せられ
る。制御部はこの電気信号を確認した後に第２の光源部
２０を消灯し、電気信号から所定時間後に画像形成用の
第１の光源部１３を被走査線上に形成すべき画像の露光
分布に従って明滅させる。

【００２３】第１の光源部１３から発した第１の光束
は、シリンドリカルレンズ１４によって紙面と垂直方向
の副走査方向に収束され、回転多面鏡１５の反射面の近
傍に焦線を形成し、回転多面鏡１５によって反射偏向さ
れて、走査レンズ１６に入射する。

【００２４】平行光を回転多面鏡１５によって等角速度
で偏向し、被走査面１７上で等速移動するスポット像に
変換する光走査装置においては、走査レンズ１６の光軸
と入射光束との角度をθ、被走査線上の結像位置をｙと
すると、次の関係が成り立つ。なお、Ｆはｆθ係数、単
位は［mm／rad]である。 ｙ＝Ｆ・θ ・・・(3)

【００２５】回転多面鏡１５からの反射光束が平行光の
場合はｆθ系数Ｆは、走査レンズ１６の焦点距離に等し
いが、非平行な反射光束を使用する場合は次式によりｆ
θ係数Ｆが求められる。なお、L1は回転多面鏡１５の反
射点から反射光束の像点までの距離、Ｄは反射点から走
査レンズ１６の前側主平面までの距離、ｆは走査レンズ
１６の焦点距離である。 Ｆ＝（L1・ｆ）／（L1＋ｆ−Ｄ） ・・・(4)

【００２６】いま、L1＝２５０mm、Ｄ＝４０mm、ｆ＝３
００mmに設定すると、ｆθ係数ＦはＦ＝１４７［mm／ra
d]となり、これは走査レンズ１６への入射光束が１rad
回転すると、被走査面１７上でのスポット像が１４７mm
移動することを示している。

【００２７】光走査装置の被走査面１７の長さは２１０
mm、回転多面鏡１５へ入射する第１の光束と、走査レン
ズ１６の光軸又は被走査面１７の法線との角度は、反時
計回りを正として７０度である。被走査面１７の長さ２
１０mmの両端ｙ＝±１０５mmにおける第１の光束の反射
角は、式(3) より±１０５／１４７＝±０．７１４３
［rad]＝±４０．９３°となり、これから走査開始端及
び終了端における回転多面鏡１５の反射角は、開始端に
おいてθs ＝（７０−４０．９３）／２＝１４．５３
°、終了端において、θe ＝（７０＋４０．９３）／２
＝５５．４７°となる。

【００２８】次に、先の図９に示すように回転多面鏡１
５に偏心があり、反射面の位置が回転多面鏡１５の反射
面の面法線方向に対して距離ｄだけ変位した場合を考え
ると、式(1) により、反射面の距離ｄの移動による反射
光束の像点の移動Ｓ及びこれに対応する補正回転角φ
は、式(1) 、式(2) から、 開始端において、Ｓs ＝２・ｄ・ sin（１４．５７°）＝０．５０３・ｄ φs ＝Ｓs ／L1＝０．００２０１・ｄ・［rad] 終了端において、Ｓe ＝２・ｄ・ sin（５５．４７°）＝１．６４８・ｄ φe ＝Ｓe ／L1＝０．００６５９・ｄ［rad]となる。

【００２９】同期検知をした場合に、同期検知位置での
回転角誤差を画像印字開始端における値とほぼ同じとす
ると、終了端において未補正部は（０．００６５９−
０．００２０１）・ｄ＝０．００４５８・ｄ［mm］とな
る。これを被走査面１７上の位置ずれΔＳに換算する
と、ｆθ係数Ｆを乗じて、ΔＳ＝１４７×０．００４５
８・ｄ≒０．６７３・ｄとなり、例えばｄ＝２０μｍの
反射面の位置変動により、１３．５μｍのジッタを生ず
ることになる。

【００３０】この位置変動を走査終了端のみに生じさせ
ることをせず、走査開始端にも振り分けることによって
絶対値を小さくし、画像の品質を向上させるようにする
ために、第２の光源部２０及び同期光検出部２１を配置
して、同期検知で生ずる回転角誤差が走査開始端と終了
端で生ずる回転角誤差の中間になるようにしている。

【００３１】図３における同期光検知部２１の開口２３
から回転多面鏡１５の反射点までの距離をL2とし、第２
の光源部２０から発せられる第２の光束が回転多面鏡１
５の反射面によって偏向されて開口２３を通過するとき
の入射角をθb とすると、このときに発生する回転角誤
差φb は、同様に式(2) を用いてφb ＝（ｄ／L2）・si
nφb となるから、φs ＜φb ＜φe となるように、つ
まり共通項ｄを省いて次式の関係を有するような配置と
すればよい。 (sinθs)／L1＜(sinθb)／L2＜(sinθe)／L1 ・・・(5)

【００３２】例えば、θb を１０°、φb ＝（φs ＋φ
e ）／２とすると、距離L2は４０mmとなる。

【００３３】このようにして、回転多面鏡１５の偏心に
より従来の走査終了端にのみ現われるジッタが走査開始
端にも振り分けられ、結果的に形成される画像における
ジッタ量は従来の半分に抑えることができる。

【００３４】図５は第２の実施例の構成図を示し、第２
の光源部３０及び同期光検出部３１以外は図１と同様
で、同じ符号は同じ部材を表している。同期検知用の第
２の光束を発する第２の光源部３０は、ＬＥＤ素子３
２、開口３３から構成されており、第２の光束が回転多
面鏡１５の反射面に入射する角度は、第１の光束の入射
角とは逆向きに設定されている。また、同期光検出部３
１はピンフォトダイオード等の光センサ３４、開口３
５、結像レンズ３６から構成されている。

【００３５】図６は回転多面鏡１５の反射面と同期光検
出部３１の開口３５の像３５’の位置との関係を示し、
開口３５の像３５’の位置は結像レンズ３６によって、
回転多面鏡１５の反射面より光束進行方向とは逆方向に
形成されている。

【００３６】式(5) において、距離L1、反射角θs 、θ
e が正であり、反射角θb を負にすれば距離L2も小さく
なる。これは同期信号検知用の光束の反射が第１の光束
と逆方向に行われ、かつ開口３５が回転多面鏡１５の反
射面より反射光の進行方向の上流側にあることによる。

【００３７】図７は第３の実施例の構成図を示し、回転
多面鏡１５の回転方向を先の実施例と逆向きとし、同期
信号検知用の光束の反射角は第１の光束の反射角θs 、
θeよりも大きく設定してあり、それ以外は図１と同様
の構成で、同じ符号は同じ部材を表している。

【００３８】従って、同期光検出部２１の開口２５の位
置までの距離L2は距離L1より大きくなり、実開口をこの
位置に設けることは装置の小型化を阻害するので、図４
で示した同期光検出部２１の構成を用いて光路を短縮す
ることが好適である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る光走査
装置は、光走査装置に同期信号検出用の第２の光源を設
け、この第２の光源と同期光検出部の開口位置を所望の
関係に設置することにより、走査終了端でのみ大きく現
れていたジッタを走査開始端にも振り分け、結果として
回転多面鏡の偏心により発生するジッタ量を低減し、印
字画像の画質を向上させる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の構成図である。

【図２】同期光検出部の構成図である。

【図３】同期光検出部の構成図である。

【図４】同期光検出部の構成図である。

【図５】第２の実施例の構成図である。

【図６】同期光検出部の構成図である。

【図７】第３の実施例の構成図である。

【図８】従来例の構成図である。

【図９】回転多面鏡偏心によるジッタの説明図である。

【符号の説明】

１３ 第１の光源部 １４ シリンドリカルレンズ １５ 回転多面鏡 １６ 走査レンズ ２０、３０ 第２の光源部 ２１、３１ 同期光検出部 ２２ 光センサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非平行な第１の光束を発する第１の光源
   部と、該第１の光束を偏向走査する回転多面鏡とを有
   し、該回転多面鏡により偏向走査された前記第１の光束
   を所定走査面上に結像走査させる走査光学装置におい
   て、前記回転多面鏡に向けて非平行な第２の光束を発す
   る第２の光源部と、前記回転多面鏡が所定の回転角にあ
   るときに前記第２の光束の反射光を受光し走査方向の同
   期信号を発する同期光検出部とを備えたことを特徴とす
   る光走査装置。
2. 【請求項２】 前記同期光検出部は光検出素子と、該光
   検出素子への入射光を制限する開口とを有し、該開口と
   前記回転多面鏡の間に走査方向にパワーを有する光学部
   材が無く、前記開口から前記第２の光束の反射点までの
   距離と、前記第１の光束が前記回転多面鏡を反射後に形
   成する像から反射点までの距離とを異なるようにした請
   求項１に記載の光走査装置。
3. 【請求項３】 前記同期光検出部は光検出素子と、該光
   検出素子への入射光を制限する開口と、該開口と前記回
   転多面鏡の間に走査方向にパワーを有する光学部材とを
   有し、該光学部材によって形成される前記開口の実像又
   は虚像から前記第２の光束の反射点までの距離と、前記
   第１の光束が前記回転多面鏡を反射後に形成する像から
   反射点までの距離とを異なるようにした請求項１に記載
   の光走査装置。
4. 【請求項４】 前記第１の光束が前記回転多面鏡を反射
   後に形成する像から反射点までの距離をL1、前記同期光
   検出部における開口又は該開口の虚像又は該開口の実像
   から前記第２の光束の反射点までの距離をL2、走査開始
   端における前記第１の光束の前記回転多面鏡の反射面へ
   の入射角をθs 、走査終了端における入射角をθe 、前
   記同期光検知部における前記第２の光束の入射角をθb
   とし、距離L1は第１の光束が発散光のときに正、収束光
   のとき負であるとし、距離L2は開口が実像を有するとき
   を負、有しないときを正とし、角度は入射光線から前記
   回転多面鏡の反射面の法線への角度が反時計方向を正と
   して表したときに、(sinθs)／L1＜(sinθb)／L2＜(sin
   θe)／L1の関係が成立するようにした請求項２又は３に
   記載の光走査装置。