JP2000227563A

JP2000227563A - マルチビーム走査光学装置

Info

Publication number: JP2000227563A
Application number: JP11028791A
Authority: JP
Inventors: Kenji Takeshita; 健司竹下; Hiroshi Nakamura; 弘中村; Hidenari Tatebe; 秀成立部; Toshikazu Suzuki; 利和鈴木
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1999-02-05
Filing date: 1999-02-05
Publication date: 2000-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】マルチビーム走査光学装置において、新たな
光学素子を追加することなく、複数のレーザビームの間
隔を精度よく補正すること。【解決手段】レーザダイオード１０ａ，１０ｂから放
射されたレーザビームＬＢａ，ＬＢｂを、ビームスプリ
ッタ１２で結合し、ポリゴンミラー１４の回転に基づい
て、副走査方向Ｚに所定の間隔で同時に感光体ドラム
（被走査面）４０上を走査するマルチビーム走査光学装
置。被走査面と光学的に等価位置には、レーザビームＬ
Ｂａ，ＬＢｂの間隔検出器２０が設置され、その検出値
に基づいてビームスプリッタ１２の位置を変位させ、ビ
ーム間隔を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マルチビーム走査
光学装置、詳しくは、複数の光源から放射されたレーザ
ビームを副走査方向に所定の間隔で同時に被走査面上を
等速走査するマルチビーム走査光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、感光体上に画像を高密度であるい
は高速で記録するため、同時に複数ラインを走査するマ
ルチビーム走査光学装置が種々提供されている。そし
て、この種の装置では、同時に走査する複数のレーザビ
ームの主走査方向及び副走査方向の間隔を補正すること
が必要となる。

【０００３】そのため、従来では、特開昭６３−５０８
０９号公報に記載されているように、複数のレーザビー
ムの各光路中にプリズムを配置し、このプリズムの回転
角度を変更することで副走査方向のビーム間隔を補正す
ることが提案されている。さらに、副走査方向の間隔補
正用プリズムに加えて主走査方向の間隔補正用プリズム
を配置して２方向の間隔補正を行う方法も提案されてい
る。

【０００４】また、特開昭６０−１６６９１６号公報に
記載されているように、レーザダイオード、コリメータ
レンズからなる光源部を２次元アクチュエータによって
変位させ、主／副走査方向のビーム間隔を補正すること
が提案されている。

【０００５】また、特開平６−２０８０６９号公報に記
載されているように、偏向器の後段に複数の反射面を有
するミラーを配置し、各反射面の角度を変更することに
よって副走査方向のビーム間隔を補正することが提案さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記第１の
従来例では、プリズムという新たな補正用光学素子を必
要とするため、コストアップを招来し、主／副走査方向
ともに補正するにはさらにプリズムを追加しなければな
らないという問題点を有していた。また、前記第２の従
来例では、既存の光学素子であるレーザダイオード、コ
リメータレンズを変位させるため、新たな素子の追加と
いった問題点は生じないが、レーザダイオード及びコリ
メータレンズの変位は被走査面上での焦点位置（ビーム
径）の変動を引き起こすという問題点を有していた。さ
らに、前記第３の従来例では、偏向器による偏向後のレ
ーザビームに位置補正を加えるという構成上、１走査ラ
イン上で偏向角に応じてビーム間隔が変化し、精度が低
いという問題点を有していた。

【０００７】そこで、本発明の目的は、新たな光学素子
を追加することなく、複数のレーザビームの間隔を精度
よく補正することのできるマルチビーム走査光学装置を
提供することにある。

【０００８】

【発明の構成、作用及び効果】以上の目的を達成するた
め、本発明に係るマルチビーム走査光学装置は、複数の
光源から放射されたレーザビームを略同一方向に出射さ
せる光学薄膜を有するビーム結合素子を、複数のレーザ
ビームの被走査面上での間隔のばらつきに応じて変位さ
せ、ビーム間隔を補正するように構成した。

【０００９】本発明においては、ビーム結合素子を主走
査方向、副走査方向にスライドさせること、または回転
させることで、複数のレーザビームの被走査面上での間
隔を補正する。補正はレーザビームの間隔を検出し、こ
の検出値に基づいて行われる。なお、ビーム結合素子の
変位方向は光源の配置関係によって異なる。また、光
源、ビーム結合素子、コリメータレンズ、シリンダレン
ズの配置関係によってもビーム結合素子の変位方向や変
位量が異なってくる。

【００１０】本発明によれば、ビーム結合素子という既
存の素子を用いてビーム間隔の補正を行うため、新たな
素子を追加する必要はなく、安価に付く。しかも、ビー
ム結合素子の変位はレーザビームの被走査面上での焦点
位置（ビーム径）に変動をもたらすことはない。

【００１１】さらに、本発明において、ビーム結合素子
は偏向器よりもビーム進行方向上流側に配置することが
好ましい。レーザビームが偏向される前にビーム間隔を
補正することで、１走査ライン上で偏向角によってビー
ム間隔が変化するといった不具合を解消できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るマルチビーム
走査光学装置の実施形態について添付図面を参照して説
明する。

【００１３】（第１実施形態、図１、図２参照）第１実
施形態であるマルチビーム走査光学装置１は、概略、レ
ーザダイオード１０ａ，１０ｂと、コリメータレンズ１
１ａ，１１ｂと、ビームスプリッタ１２と、シリンダレ
ンズ１３と、ポリゴンミラー１４と、走査レンズ１５と
で構成されている。

【００１４】レーザダイオード１０ａ，１０ｂは互いに
直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向にレーザビームＬＢａ，Ｌ
Ｂｂを放射するように、かつ、Ｚ軸方向には所定のビー
ム間隔に対応する段差を有して配置されている。以下、
レーザダイオード１０ａ，１０ｂのこのような配置を
“Ｙ配置”と称する。コリメータレンズ１１ａ，１１ｂ
はレーザビームＬＢａ，ＬＢｂを平行光又は収束光に集
光する。

【００１５】ビームスプリッタ１２は二つのプリズムを
半透膜を介して接合したもので、レーザビームＬＢａを
直進させ、ＬＢｂを９０°反射させる。このようにレー
ザビームＬＢａ，ＬＢｂはビームスプリッタ１２によっ
て同一進行方向に結合されるが、副走査方向Ｚには互い
に像面上で数１０μｍオーダーの間隔を持って結合され
る。例えば、印字密度が４００ｄｐｉの場合は、像面上
での間隔は６３．５μｍ、６００ｄｐｉの場合は４２．
３μｍ、８００ｄｐｉの場合は３１．８μｍである。

【００１６】シリンダレンズ１３は、副走査方向Ｚにの
みパワーを持ち、レーザビームＬＢａ，ＬＢｂをポリゴ
ンミラー１４の偏向面上に主走査方向Ｙに線状に集光す
る。ポリゴンミラー１４は矢印ａ方向に一定の角速度で
回転駆動され、レーザビームＬＢａ，ＬＢｂはこの回転
に基づいてポリゴンミラー１４の各偏向面で等角速度に
偏向され、走査レンズ１５や図示しない折り返しミラー
を介して感光体ドラム４０上で結像すると共に、主走査
方向Ｙに走査する。即ち、この光学装置１では１回の走
査で感光体ドラム４０上に２ラインを同時に書き込む。

【００１７】走査レンズ１５は周知のもので、像面上で
の主走査速度を等速に補正する機能や像面湾曲を補正す
る機能、あるいはシリンダレンズ１３と協働してポリゴ
ンミラー１４の面倒れ誤差を補正する機能を有してい
る。

【００１８】感光体ドラム４０は矢印ｂ方向に一定速度
で回転駆動され、この副走査とレーザビームＬＢａ，Ｌ
Ｂｂの主走査（矢印Ｙ方向）によって感光体ドラム４０
上に２次元の画像（静電潜像）が書き込まれる。

【００１９】ところで、本第１実施形態の“Ｙ配置”に
おいて、ビームスプリッタ１２の位置は図２に示す３種
類に分類される。図２（Ａ）は“光源後結合”を示し、
単一のコリメータレンズ１１がビームスプリッタ１２の
下流側に配置される。図２（Ｂ）は“コリメータ後結
合”を示し、図１はこの配置を示している。図２（Ｃ）
は“シリンダ後結合”であり、レーザビームＬＢａ，Ｌ
Ｂｂはコリメータレンズ１１ａ，１１ｂ及びシリンダレ
ンズ１３ａ，１３ｂを透過後にビームスプリッタ１２で
結合される。

【００２０】（第２実施形態、図３、図４参照）第２実
施形態であるマルチビーム走査光学装置２は、前記第１
実施形態である装置１と基本的には同様のレーザダイオ
ード１０ａ，１０ｂと、ビームスプリッタ１２と、コリ
メータレンズ１１と、シリンダレンズ１３と、ポリゴン
ミラー１４と、走査レンズ１５とで構成され、さらに図
３ではシリンダレンズ１６、ミラー１７が図示されてい
る。

【００２１】レーザダイオード１０ａ，１０ｂは互いに
直交するＸ軸方向、Ｚ軸方向にレーザビームＬＢａ，Ｌ
Ｂｂを放射するように配置されている。以下、レーザダ
イオード１０ａ，１０ｂのこのような配置を“Ｚ配置”
と称する。

【００２２】本第２実施形態の“Ｚ配置”においても、
ビームスプリッタ１２の位置は図４に示す３種類に分類
される。図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は前記図２
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に対応し、図４（Ａ）は“光源
後結合”、図４（Ｂ）は“コリメータ後結合”、図４
（Ｃ）は“シリンダ後結合”をそれぞれ示す。

【００２３】（被走査面上でのビームのずれ、図５〜図
８参照）ここで、図５を参照して、光源（レーザダイオ
ード）が主走査方向又は副走査方向に変位（ΔＹ，Δ
Ｚ）した場合の被走査面上でのレーザビームの変位（Δ
Ｙ’，ΔＺ’）について説明する。

【００２４】図５（Ａ）は光源がΔＹ変位した場合を示
し、被走査面上でのビームの変位ΔＹ’，ΔＸ’は以下
の式（１），（２）によって表される。

【００２５】 ΔＹ’＝β_m・ΔＹ …（１） ΔＸ’＝β_m ²・ΔＸ …（２）

【００２６】図５（Ｂ）は光源がΔＺ変位した場合を示
し、被走査面上でのビームの変位ΔＺ’，ΔＸ’は以下
の式（３），（４）によって表される。

【００２７】 ΔＺ’＝β_S・ΔＺ …（３） ΔＸ’＝β_S ²・ΔＸ …（４）

【００２８】一方、コリメータレンズが変位した場合、
ΔＹ，ΔＺ，ΔＸの変位に対するビームの変位ΔＹ’，
ΔＸ’，ΔＺ’に関しては前式（１）〜（４）と同じで
ある。コリメータレンズがＺ軸を中心としてθ_Z回転し
た場合は以下の式（５）によって表わされ、Ｙ軸を中心
としてθ_Y回転した場合は以下の式（６）によって表わ
される。

【００２９】 ΔＹ’＝β_m・ｆ_co・ｓｉｎθ_Z …（５） ΔＺ’＝β_S・ｆ_co・ｓｉｎθ_Y …（６）

【００３０】次に、ビームスプリッタが変位した場合で
あるが、ビームスプリッタの配置関係（図２、図４参
照）によってビームの変位ΔＹ’，ΔＺ’，ΔＸ’が異
なる。

【００３１】“シリンダ後結合”のとき（図６参照）、
ビームスプリッタがΔＹ変位した場合はΔＹ’，ΔＸ’
には影響せず、Ｚ軸を中心としてθ_Z回転した場合は以
下の式（７）によって表わされる。また、ΔＺ変位した
場合は以下の式（８），（９）で表わされ、Ｙ軸を中心
としてθ_Y回転した場合は以下の式（１０）で表わされ
る。

【００３２】 ΔＹ’＝ｆ_f・θ_Z …（７） ΔＺ’＝β_f・ΔＺ …（８） ΔＸ’＝β_f ²・ΔＸ …（９） ΔＺ’＝Ｌ・β_f・θ_Y …（１０）

【００３３】“コリメータ後結合”のとき（図７参
照）、ビームスプリッタのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方
向の変位はビームの変位ΔＸ’，ΔＹ’，ΔＺ’には全
く影響がなく、Ｚ軸及びＹ軸を中心としてθ_Z，θ_Y回転
した場合は以下の式（１１），（１２）によって表わさ
れる。

【００３４】 ΔＹ’＝ｆ_f・θ_Z …（１１） ΔＺ’＝ｆ_cy・β_f・θ_Y …（１２）

【００３５】“光源後結合”のとき、まず、図１及び図
２に示した“Ｙ配置”にあっては（図８参照）、ビーム
スプリッタのＹ軸方向の変位に基づくビームの変位Δ
Ｙ’，ΔＸ’は以下の式（１３），（１４），（１５）
によって表わされる。

【００３６】 ΔＹ’＝β_m・ΔＹ …（１３） ΔＸ’＝β_m ²・ΔＸ …（１４） ΔＹ’＝ｄ・β_m・θ_Z …（１５）

【００３７】また、ビームスプリッタのＺ軸方向の変位
はビームの変位ΔＺ’，ΔＸ’には全く影響がなく、Ｙ
軸を中心としてθ_Y回転した場合は以下の式（１６）に
よって表わされる。

【００３８】ΔＺ’＝ｄ・β_S・θ_Y …（１６）

【００３９】（ビームスプリッタの変位による補正、図
９、図１０参照）前述したように、ビームスプリッタ１
２を変位させることによってレーザダイオード１０ａ，
１０ｂ等の位置ずれに対するレーザビームの被走査面上
でのビーム位置を補正することができる。ビームスプリ
ッタ１２の配置関係とその配置における補正のための変
位方向を以下の第１表にまとめた。

【００４０】

【表１】

【００４１】図９に、“Ｙ配置” で“光源後結合”の
場合、レーザダイオード１０ｂが正規位置Ｐ₁から位置
Ｐ₂へ変位したときの様子を示す。このとき、レーザダ
イオード１０ｂの変位に基づくレーザビームの変位は、
偏向前にあっては−ΔＹ₁として検出され、偏向後の被
走査面上にあっては＋ΔＹ₂として検出される。なお、
変位量−ΔＹ₁，＋ΔＹ₂の検出方法については後述す
る。

【００４２】前記レーザビームの変位は、図１０に示す
ように、ビームスプリッタ１２をＸ軸方向に移動させる
こと（補正例１、図１０（Ａ）参照）、Ｙ軸方向に移動
させること（補正例２、図１０（Ｂ）参照）、Ｚ軸を中
心に回転させること（補正例３、図１０（Ｃ）参照）に
よって補正することができる。

【００４３】ΔＹ₁、ΔＹ₂の検出値からΔＸ_C、ΔＹ_C、
Δθ_Zの補正値への換算式を以下の第２表に示す。

【００４４】

【表２】

【００４５】（ビームスプリッタの駆動機構、図１１〜
図１３参照）図１１は、ビームスプリッタ１２をＸ軸方
向に移動させるための機構を示す。Ｘ軸方向に移動する
アクチュエータ３２によって台座３１上に取り付けたビ
ームスプリッタ１２を移動させる。

【００４６】図１２は、ビームスプリッタ１２をＹ軸を
中心として回転させるための機構を示す。台座３１のＹ
軸３３に固定したギヤ３４にステッピングモータ３５か
ら回転力を伝達することでビームスプリッタ１２を回転
させる。

【００４７】図１３は、ビームスプリッタ１２をＺ軸を
中心として回転させるための機構を示す。アクチュエー
タ３７のＹ軸方向の移動をＺ軸３６を支点とする台座３
１の回転に変換し、ビームスプリッタ１２を回転させ
る。

【００４８】なお、ビームスプリッタ１２の駆動機構は
図１１、図１２、図１３に示したもの以外にも種々の機
構を採用できることは勿論である。

【００４９】（ビーム変位量の検出機構、図１４、図１
５参照）図１４は、偏向前にレーザビームＬＢａ，ＬＢ
ｂの変位量ΔＹ₁（図９参照）を検出する機構を示す。
ここでは、レーザビームＬＢａのビームスプリッタ１２
での反射光及びレーザビームＬＢｂのビームスプリッタ
１２の透過光を集光レンズ５１を介して２次元ＣＣＤ５
２で受光し、変位量ΔＹ₁を検出する。

【００５０】図１５は、偏向後に被走査面と等価位置で
レーザビームＬＢａ，ＬＢｂの変位量ΔＹ₂（図９参
照）を検出する機構を示す。この検出器２０は三角形の
検出面を有する光センサ２１，２２，２３，２４を主走
査方向に並設したもので、図１５中、ＬＢａ，ＬＢｂは
各レーザビームの走査軌跡を示している。主走査方向の
変位量ΔＹ₂は光センサ２１，２３の検出時間ｔ１を各
レーザビームＬＢａ．ＬＢｂごとに測定し、二つの測定
値の差に基づいて算出する。副走査方向の変位量ΔＺ’
は、光センサ２２，２４によるレーザビームＬＢａの検
出時間ｔ２と、レーザビームＬＢｂの検出時間ｔ３に基
づいて算出する。

【００５１】さらに、副走査方向の走査位置を確定する
ため、いまひとつの光センサ２５をレーザビームＬＢａ
の走査軌跡上に設け、レーザビームＬＢａが所定の位置
で走査されていることを検出する。

【００５２】検出された時間ｔ１，ｔ２，ｔ３は制御回
路２８（図１、図３参照）へ入力され、制御回路２８で
変位量を算出すると共に補正値をも算出する。この補正
値はビームスプリッタ１２の駆動回路２９へ転送され、
前記アクチュエータ３２，３７あるいはステッピングモ
ータ３５を制御する。前記２次元ＣＣＤ５２による変位
量の検出にあっても同様の制御が行われる。

【００５３】（他の実施形態）なお、本発明に係るマル
チビーム走査光学装置は、前記実施形態に限定するもの
ではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することがで
きる。特に、複数のレーザビームの変位量の検出手段は
図１４及び図１５に示したもの以外に種々の機構、方法
を採用できる。また、２ビームのみならず３ビームある
いはそれ以上のマルチビーム方式にあっても本発明を適
用することができる。さらに、光路を構成する各種光学
素子の種類、配置関係は任意である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態であるマルチビーム走査
光学装置を示す概略構成図。

【図２】前記第１実施形態におけるビームスプリッタの
配置関係を示す説明図。

【図３】本発明の第２実施形態であるマルチビーム走査
光学装置を示す概略構成図。

【図４】前記第２実施形態におけるビームスプリッタの
配置関係を示す説明図。

【図５】被走査面上でのレーザビームの変位を示す光路
図。

【図６】“シリンダ後結合”の場合を示す光路図。

【図７】“コリメータ後結合”の場合を示す光路図。

【図８】“光源後結合”の場合を示す光路図。

【図９】“光源後結合”の場合のビーム位置補正を説明
するための光路図。

【図１０】ビームスプリッタによるビーム位置補正の態
様を示す説明図。

【図１１】ビームスプリッタの駆動機構の一例を示す斜
視図。

【図１２】ビームスプリッタの駆動機構の他の例を示す
斜視図。

【図１３】ビームスプリッタの駆動機構のさらに他の例
を示す斜視図。

【図１４】偏向前におけるビーム変位量の検出機構を示
す説明図。

【図１５】偏向後におけるビーム変位量の検出機構を示
す説明図。

【符号の説明】

１０ａ，１０ｂ…レーザダイオード１１，１１ａ，１１ｂ…コリメータレンズ１２…ビームスプリッタ１３，１３ａ，１３ｂ…シリンダレンズ１４…ポリゴンミラー１５…走査レンズ２０…検出器２８…制御回路３２，３７…アクチュエータ３５…ステッピングモータ５２…２次元ＣＣＤ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者立部秀成大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内 (72)発明者鈴木利和大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内Ｆターム(参考） 2H045 AA01 BA22 BA32 CA88 CA95 DA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ異なる方向にレーザビームを放
射する複数の光源と、前記複数の光源から放射されたレーザビームを略同一方
向に出射させる光学薄膜を有するビーム結合素子と、前記ビーム結合素子の位置を変位させる駆動手段と、結合されたレーザビームを同時に偏向する偏向器と、偏向されたレーザビームを被走査面上に結像／走査する
走査光学手段と、前記光源から偏向器の間に設置され、レーザビームを集
光又は平行光にする第１の集光素子と、前記光源から偏向器の間に設置され、レーザビームを前
記偏向器の偏向面上に主走査方向に線状に集光する第２
の集光素子と、レーザビームの主走査方向又は副走査方向の少なくとも
いずれか一方のビーム間隔を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて前記駆動手段を制御
して前記ビーム結合素子を変位させて被走査面上での主
走査方向又は副走査方向の少なくともいずれか一方のビ
ーム間隔を補正する制御手段と、を備えたことを特徴とするマルチビーム走査光学装置。
【請求項２】前記ビーム結合素子は前記偏向器よりも
ビーム進行方向上流側に配置されていることを特徴とす
る請求項１記載のマルチビーム走査光学装置。