JPH11242174A

JPH11242174A - 光走査装置

Info

Publication number: JPH11242174A
Application number: JP4524398A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Sekikawa; 義人関川
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 1999-09-07
Anticipated expiration: 2018-02-26
Also published as: JP3804256B2

Abstract

(57)【要約】【課題】オーバーフィルド光学系の分割走査方式を採
用しても、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得る。【解決手段】少なくとも一方の第１光学系を構成する
シリンドリカルレンズ２２の母線Ｍを光軸Ｌに対して所
定角度回転させることで、つなぎ目でのビーム径の段差
を解消することができる。例えば、副走査方向の入射角
度が大きい方のシリンドリカルレンズ２２の母線Ｍを光
軸Ｌに対して、理想角度（主に主走査方向のビーム径
が、全体的に小さくなる角度をいう）となるように、回
転させることで、主走査方向及び副走査方向の両方で、
つなぎ目のビーム径が小さくなり、副走査方向の入射角
度が小さい方のビームとの段差を小さくすることができ
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３
６０°×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の走査角度でからの範囲を、
実線で示すレーザビームＢが＋２αの走査角度でから
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がからの範囲を走査すると同時にから
の範囲を走査し、不要光Ｎ_Bが，レーザビームＢがか
らの範囲を走査すると同時にからの範囲を走査し
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、から
とからまでとは、特性が変化し、とにおいて
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２５．９９８ｍ
ｍ、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１．７
１２２６８。

【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９
６．２ｍｍ、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、の位置で６８μｍ／５９μｍ、の位置で７
１．５μｍ／６８．５μｍ、の位置で１０３μｍ／１
０５μｍ、の位置で７０μｍ／６５μｍとなる。

【００１８】このように、とにおいて、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、少なくとも一方の第１光学系を構成
するシリンドリカルレンズの母線を光軸に対して所定角
度回転させることで、つなぎ目でのビーム径の段差を解
消することができる。

【００２４】請求項２に記載の発明では、所定角度が理
想角度とされている。例えば、副走査方向の入射角度が
大きい方のシリンドリカルレンズの母線を光軸に対し
て、理想角度（主に主走査方向のビーム径が、全体的に
小さくなる角度をいう）となるように、回転させること
で、主走査方向及び副走査方向の両方で、つなぎ目のビ
ーム径が小さくなり、副走査方向の入射角度が小さい方
のビームとの段差を小さくすることができる。

【００２５】請求項３に記載の発明では、所定角度が理
想角度と異なる角度とされている。このように、シリン
ドリカルレンズの母線を回転させることで、主走査方向
及び副走査方向の両方で、つなぎ目のビーム径を一層小
さくして段差をなくすことができる。

【００２６】なお、理想角度と異なる角度とすること
で、走査線のつなぎ目と反対側（走査開始側又は走査終
了側）のビーム径は太くなってしまうが、程度問題であ
り、実使用上で問題のないレベルに調整することは可能
である。

【００２７】請求項４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から請求項３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１８
Ａ、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２０
Ａ、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２
４Ａ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Ｃ
Ｌ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ｆ
θ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１
４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の表面をか
らに向かって、ビームＢのスポットが感光体１４の表
面をからに向かって、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（Ｓｔ
ａｒｔＯｆＳｃａｎ）３２が配設されている。このＳＯ
Ｓ３２は、制御部に接続されており、制御部はＳＯＳ３
２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がからに向かって
走査すると同時に、から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がから、ビームＢがからまで走
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＝７
８０ｍｍ、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１
２側の面の曲率半径（主走査方向のみ）を１７０．４３
ｍｍ、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１２
２．６７ｍｍ、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１
２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６２μ
ｍ：副走査方向５９μｍ、ビームＢが主走査方向６８μ
ｍ：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６６．５μ
ｍ、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ビ
ーム径の段差を解消することができる。

【００５７】請求項２の発明では、シリンドリカルレン
ズの回転角度を理想角度とすることで、副走査方向の入
射角度が小さい方のビームとの段差を小さくすることが
できる。

【００５８】請求項３の発明では、シリンドリカルレン
ズの回転角度を理想角度と異なる角度とすることで、主
走査方向及び副走査方向の両方で、つなぎ目のビーム径
を一層小さくして段差をなくすことができる。

【００５９】請求項４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

【特許請求の範囲】

【請求項１】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
ことなる角度で前記第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、を備えた光走査装置において、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
レンズを、その母線が光軸に対して所定角度回転した状
態で配置したことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】前記所定角度が、理想角度であることを
特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】前記所定角度が、理想角度と異なること
を特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項４】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から請求項３の何れかに記載の光走査装置。