JP2002122799A - マルチビーム走査装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度変化に伴う複数のビームの走査開始タイ
ミングのずれを抑制する。 【解決手段】 光源部１の複数の発光点からカップリン
グレンズ２，シリンダレンズ４，ポリゴンミラー５、第
１，第２のｆθレンズ６ａ，６ｂからなる走査光学系を
介して走査される感光体７の有効露光域外の走査開始側
及び走査終了側に第１，第２の同期検知センサ１１，１
２を設け、一つのビームが両センサ間を走査するのに要
する時間を測定し、その測定値を設計上の基準値と比較
することにより主走査倍率の変化量を求め、その変化量
を補正することにより有効露光域の長さを設計中央値と
一致させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、デジタル複写
機，レーザプリンタ，レーザファクシミリ等の画像形成
装置に用いられるマルチビーム走査装置及びそれを備え
た画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、マルチビーム走査装置は、複数
の発光部を有するマルチビーム光源装置から出射された
複数のビームを、シリンダレンズ，ポリゴンミラー，ｆ
θレンズ等から構成される走査光学系により、副走査方
向に所定のピッチ離れた複数のビームスポットとして被
走査面に結像させ、ポリゴンミラーを回転させることに
より、それぞれ被走査面上を主走査方向に同時に等速走
査させるようにしたものである。

【０００３】このようなマルチビーム走査装置にあって
は、ポリゴンミラーで偏向した各ビームの主走査方向の
走査開始タイミングを設定するため、被走査面の走査開
始側の有効露光域外に同期検知センサを設け、この同期
検知センサに時刻をずらせて複数のビームを入射させる
ことにより、各ビームの同期検出信号を個別に発生さ
せ、それに基づいて各ビームの走査開始タイミングを高
精度に一致させるようにしている。

【０００４】従来、この種の同期検知センサを設けたマ
ルチビーム走査装置としては、例えば特開平６−２２７
０３７号公報や特開平９−６６６３０号公報に示される
ようなものがあった。前者は、波長差のある複数の半導
体レーザを有する半導体レーザアレイの各半導体レーザ
をそれぞれ独立したビデオクロック信号で変調させるこ
とにより、各半導体レーザから出射されるビームの被走
査面上での主走査方向の書込幅を等しく、主走査方向終
端側でのドット形成の位置ずれを抑制するようにしたも
のである。

【０００５】同時に、同期検出信号と同期クロック信号
を発生するタイミングを可変可能な同期タイミング可変
手段を設けることにより、各半導体レーザのビデオクロ
ック周波数調整によって変化する主走査倍率誤差を、走
査開始位置を微調整することにより抑制している。

【０００６】また、後者は有効露光域外の走査開始側に
設けたビーム検出手段により計測された複数ビームのタ
イミングの差を所定の値と比較し、その結果に基づいて
書込変調周波数を補正することにより、温度変化に伴う
走査光学系の主走査方向の倍率を補正し、被走査面での
複数ビームの書込位置（ドット位置）のずれ発生を抑制
している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のマルチビーム走査装置にあっては、複数のビ
ームが同期検知センサに入射するタイミングのずれが小
さく、Ｓ／Ｎ比の高い高精度の検出が困難であった。同
時に、同期検知センサを走査開始側にのみ設けているの
で、書込幅全体の情報が得られず、主走査倍率の変化に
伴う書込開始位置の変化を補正することができなかっ
た。

【０００８】このように、上記の従来技術はいずれも、
複数の半導体レーザの変調周波数を変化させることによ
り、複数のビームの主走査方向の走査幅を同一にするこ
とは可能であるが、温度変化に伴う走査光学系の主走査
方向の倍率変化に起因する走査開始タイミングを補正す
ることは不可能であった。この発明は上記の点に鑑みて
なされたものであり、環境温度の変動に伴う複数のビー
ムの走査開始タイミングのずれを抑制することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するため、複数の発光点を有する光源部と、この光
源部から出射される複数のビームにより被走査面上を偏
向走査する走査光学系と、上記被走査面の有効露光域外
の走査開始側に設けられ特定のビームを検出する第１の
ビーム検出手段とを有するマルチビーム走査装置におい
て、上記第１のビーム検出手段からの同期検出信号に基
づき上記特定のビームの走査開始タイミングを決定する
とともに、上記特定のビーム以外のビームの走査開始タ
イミングは、各ビームにそれぞれ設定された遅延時間だ
け上記特定のビームの走査開始タイミングからずらすよ
うにしたタイミング設定手段と、上記走査光学系の主走
査方向の倍率変化に応じて、上記特定のビームの走査開
始タイミング及びその他のビームの上記遅延時間を変化
させるタイミング可変手段とを設けたマルチビーム走査
装置を提供するものである。

【００１０】そして、上記のマルチビーム走査装置にお
いて、走査光学系の被走査面の有効露光域外の走査終了
側に、第２ビーム検出手段を設けるのがよく、また、上
記走査光学系の主走査方向の倍率変化を検出するための
倍率検出手段を設けるのが好ましい。さらに、上記のマ
ルチビーム走査装置において、走査光学系の倍率変化を
補正するための倍率補正手段を設けるとさらによい。同
時に、上記のマルチビーム走査装置と、このマルチビー
ム走査装置により感光体面上に画像を形成する画像形成
手段とを備えた画像形成装置も提供する。

【００１１】この発明によるマルチビーム走査装置及び
それを備えた画像形成装置は上記のように構成すること
により、環境温度の変動に伴う複数ビームの走査開始タ
イミングのずれを抑制して複数ビームの走査開始位置を
一致させることができ、良好な画像形成を行うことが可
能になる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
に基づいて具体的に説明する。図１は、この発明の一実
施形態を示す構成図、図２は、その光源部を出射側から
見た各発光点の配置状態を示す説明図、図３は、その光
源部を主走査方向断面で示す光路図、図４は、感光体上
に結像した各ビームスポットの配置状態を示す説明図で
ある。

【００１３】このマルチビーム走査装置は、図２及び図
３に示すように、同一のパッケージ内に２個の半導体レ
ーザからなる第１，第２の発光点１ａ，１ｂを有する半
導体レーザアレイを光源部１とし、これらの第１，第２
の発光点１ａ，１ｂは共に同一のカップリングレンズ２
を通って第１，第２のビームＢ１ａ，Ｂ１ｂに変換され
る。そして、これらの第１，第２の発光点１ａ，１ｂ
は、カップリングレンズ２の光軸Ａに関して対称の位置
に配置され、この実施形態では光軸Ａに関して主走査に
±０．０６ｍｍ、副走査方向に±０．００２ｍｍの位置
にある。これは、第１，第２の発光点１ａ，１ｂ間の間
隔が０．１２ｍｍである光源部１をその中間点の回りに
１．９°反時計方向に傾けることによって得られる位置
に相当する。

【００１４】第１，第２の発光点１ａ，１ｂからカップ
リングレンズ２を通って出射された第１，第２のビーム
Ｂ１ａ，Ｂ１ｂは、以降の走査光学系の性能に従って平
行光束又は弱い収束光束あるいは弱い発散光束に変換さ
れ、図１に示すように、アパーチャ３により整形された
後、シリンダレンズ４の作用によりポリゴンミラー５の
偏向面付近で主走査方向に長い線像として結像される。

【００１５】ポリゴンミラー５で反射した各ビームは、
ポリゴンミラー５の時計方向の回転により偏向された
後、走査結像光学系６を構成する第１，第２のｆθレン
ズ６ａ，６ｂにより、角速度が一定のビームスポットと
して被走査面に位置した感光体７上を矢示の主走査方向
に等速走査され、これらにより走査光学系を構成してい
る。なお、第１，第２のｆθレンズ６ａ，６ｂは、低コ
スト化と軽量化のため、プラスチックレンズが用いられ
る。

【００１６】また、感光体７の有効露光域外の走査開始
側及び走査終了側に、第１，第２のビーム検出手段とし
て第１，第２の同期検知センサ１１，１２がそれぞれ設
けられており、第１の同期検知センサ１１に各ビームが
入射することにより同期検出信号が得られ、それに基づ
き所要の出力画像に対応して変調される第１，第２のビ
ームＢ１ａ，Ｂ１ｂが有効露光域開始端より走査され
る。

【００１７】ここで、ポリゴンミラー５の配置角度（主
走査光学系６とポリゴンミラー５の偏向面の法線がなす
角度：時計回りを正とする）をαとすれば、α＝３０．
０°のとき、第１，第２の発光点１ａ，１ｂから出射さ
れた第１，第２のビームＢ１ａ，Ｂ１ｂが感光体７上に
結像して生じる第１，第２のビームスポットＢＳ１ａ，
ＢＳ１ｂの間隔（以下「ビームピッチ」という）は、図
４に示すように、主走査方向ビームピッチ０．８８９７
ｍｍ、副走査方向ビームピッチ０．０２１２ｍｍとな
り、書込密度１２００ｄｐｉの場合のドット間隔２１．
２μｍを得ることができる。

【００１８】図５は、第１，第２の発光点１ａ，１ｂか
ら被走査面（感光体７の表面）までの光路長に対し、各
発光点から出射してカップリングレンズ２でほぼ平行光
束に変換された第１，第２のビームＢ１ａ，Ｂ１ｂが、
走査光学系を構成する各光学素子上を通過する光線高さ
を模式的に示す光路図である。

【００１９】

【実施例】ここで、図１に示したマルチビーム走査装置
の望ましい実施例１を具体的に説明する。なお、以下の
実施例１において、 Ｉ：面番号 Ｒ(Ｉ)ｍ：第Ｉ面の主走査方向の曲率半径（ｍｍ） Ｒ(Ｉ)ｓ：第Ｉ面の副走査方向の曲率半径（ｍｍ） Ｄ(Ｉ)：第Ｉ面後の面間隔 Ｎ(Ｉ)：第Ｉ面後の屈折率（ｄ線） をそれぞれ表すものとする。

【００２０】また、カップリングレンズ２の第１面Ｒ２
と第２面Ｒ３は共軸であり、それぞれ波面収差補正のた
め、非球面係数が付加されている。第１のｆθレンズ６
ａの第１面Ｒ８と第２面R９も共軸であり、それぞれ走
査結像性能補正のため、非球面係数が付加されるととも
に、それぞれポリゴンミラー５の回転騒音を防止する防
音ガラス及び外部から走査光学系を内蔵する光学ハウジ
ング内への埃の侵入を防止する防塵ガラス（いずれも図
示しない）が付加されている。

【００２１】さらに、第２のｆθレンズ６ｂの第１面Ｒ
１０及び第２面Ｒ１１はいずれも、主走査方向の曲率半
径Ｒ１０ｍ，Ｒ１１ｍと副走査方向の曲率半径Ｒ１０
ｓ，Ｒ１１ｓとが異なるトロイダル面を有し、走査結像
性能補正のため、非球面係数が付加されている。なお、
この実施例１では第１，第２の発光点１ａ，１ｂから出
射されるビームの発振波長は７８０ｎｍ、シリンダレン
ズ４の光軸と走査結像光学系６の光軸とのなす角度は６
０°、感光体７の有効露光域は、像高Ｈ＝±１５０ｍｍ
の範囲とする。

【００２２】ちなみに、上記の記明中、非球面係数と
は、光軸上の高さＹの非球面上の点より非球面頂点の接
平面までの距離（サグ量）をＸ、非球面の光軸上での曲
率（１／Ｒ）をＣ、円錐係数をＫ、４次，６次，８次，
１０次の高次の係数をＭ４，Ｍ６，Ｍ８，Ｍ１０として
数１によって表されるものであるが、これは本発明の要
旨と直接関係がないのでその詳細なデータは省略する。

【００２３】

【数１】

【００２４】以下の表１に上記実施例１のパラメータを
示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】上述した実施例１に示したようなマルチビ
ーム走査装置において、第１の同期検知センサ１１の応
答速度が第１，第２のビームＢ１ａ，Ｂ１ｂの主走査方
向の間隔及び走査相当速度より充分に大きい場合には、
各ビームに対して正確な同期検出信号を得ることがで
き、走査開始タイミングもそれぞれ独立に設定すること
が可能である。

【００２７】それに対し、応答速度が比較的遅い安価な
同期センサを用いた場合には、複数ビームの同期信号を
独立して得ることができない場合がある。そのような場
合には、特定のビームにより同期検出信号を得るように
し、他のビームの走査開始タイミングは、特定のビーム
の走査開始タイミングから所定時間ずらすようにするタ
イミング設定手段を設けるのがよい。同期検出信号を得
る特定のビームは、通常最先行するビームが採用され、
その他のビームの走査開始タイミングは、一般に「遅延
時間（ディレイ）」と称される時間だけ遅れるようにす
る。

【００２８】図６（ａ），（ｂ）は、感光体７上での有
効露光域を模式的に示す線図であり、（ａ）は設計中央
値（２５℃；常温）の場合、（ｂ）は書込ユニット内の
温度上昇（４５℃：高温）に伴って走査光学系の主走査
方向の倍率が増大した場合をそれぞれ示している。ま
た、表２は設計中央値でのポリゴンミラー５の配置角度
αと、第１，第２の発光点１ａ，１ｂから出射される第
１，第２のビームＢ１ａ，Ｂ１ｂが到達する像高Ｈとの
関係を示すものである。

【００２９】

【表２】

【００３０】この表２に示すように、書込ユニット内の
温度が２５°（常温）である設計中央値の場合には、第
１の同期検知センサ１１は、第１の発光点１ａからの第
１のビームＢ１ａを受光して同期検出信号を発し、第１
ビームＢ１ａの走査開始タイミングを設定する。そし
て、第１のビームＢ１ａの走査開始タイミングから所定
の遅延時間を設けて第２のビームＢ１ｂの走査開始タイ
ミングを設定することにより、第１，第２のビームＢ１
ａ，Ｂ１ｂの走査開始時の像高Ｈを＋１５０．０ｍｍと
することができる。

【００３１】ところが、この実施例１のように、走査結
像光学系６を軽量で安価なプラスチックレンズで構成し
た場合には、温度変動に伴う形状（曲率）や物性（屈折
率）の変化が大きくなるとともに、光源部１の波長も変
化して主走査倍率の変化が生じる。そのため、表２に示
すポリゴンミラー５の配置角度αを補正しない場合、図
６（ｂ）に示すように、温度４５℃になると主走査倍率
がほぼ０．２０５％大きくなって、有効露光域の長さが
第１，第２のビームＢ１ａ，Ｂ１ｂに対してそれぞれ Ｂ１ａ：３００.０＋{０.３１１０−(−０.３０３１)}
＝３００.６１４１(mm) Ｂ１ｂ：３００.０＋{０.３１４２−(−０.３００１)}
＝３００.６１４３(mm) になる。

【００３２】また、上述した遅延時間を補正しない場
合、同期検知から書込開始までのポリゴンミラー５の回
転角Δαは一定であるため、書込開始位置及び書込終了
位置での像高Ｈは、表３に示すようになる。

【００３３】

【表３】

【００３４】すなわち、 書込開始位置： ＋０.３１１０−０.３１４２＝−０.００３２(mm)＝−
３.２(μm) 書込終了位置： −０.３０３１−０.３００１＝−０.００３０(mm)＝−
３.０(μm) ずれることになり、これが画像劣化の原因となる。

【００３５】温度変化に伴う主走査倍率の変化量につい
ては、設計上では計算により、あるいは実験上では実測
により事前に把握することができ、タイミング可変手段
として対応表を予め用意しておくことにより、それに従
って遅延時間を適宜設定することが可能である。上記の
実施例１においては、書込開始位置の遅延時間を、上記
の３．２μmに相当する時間だけ長くすることにより、
書込開始位置の遅延時間を、上記の３．２μmに相当す
る時間だけ長くして、書込開始位置を合致させることが
できる。

【００３６】また、第１のビームＢ１ａの書込位置は、
表３に示すように＋０．３１１０ｍｍだけ第１の同期検
知センサ１１側へ移動するが、これは第１のビームＢ１
ａの走査開始タイミングを時間的に後らせることによ
り、像高Ｈを＋１５０．０ｍｍの位置から書込開始が可
能となる。

【００３７】要するに、感光体７の有効露光域外の走査
開始側に設けた第１の同期検知センサ１１により、第１
のビームＢ１ａの走査開始タイミング及び第２のビーム
Ｂ１ｂに対する遅延時間を走査光学系の主走査倍率の変
化に基づいて可変とすることによって、第１，第２のビ
ームＢ１ａ，Ｂ１ｂの書込位置を合致させることができ
る。

【００３８】なお、さらに正確に主走査倍率の変化量を
求めるためには、例えば感光体７の有効露光域外の走査
終了側に第２の同期検知センサ１２を設置し、第１，第
２のビームＢ１ａ，Ｂ１ｂのいずれかが第１の同期検知
センサ１１と第２の同期検知センサ１２の間を走査する
のに要する時間を測定する倍率検出手段により、その測
定値を走査光学系及びポリゴンミラー５の回転速度から
導出される基準値と比較して、主走査倍率の変化量を求
めるようにすればよい。

【００３９】このように、主走査倍率の変化による有効
露光域の変動（この実施例１では０．２０５％）を補正
するようにした倍率補正手段により、有効露光域の長さ
２Ｈを設計中央値と正確に合致させることが可能にな
る。そのためには、例えば光源部１の第１，第２の発光
点１ａ，１ｂを構成半導体レーザの変調周波数を変化さ
せたり、ポリゴンミラー５の回転速度をプロセス側の速
度と共に変化させたりすればよい。

【００４０】なお、上記の実施例１では、２本のビーム
による走査装置について説明したが、この発明はそれに
限るものではなく、３本以上のマルチビーム走査装置に
も何等支障なく実施することができる。また、第１，第
２の同期検知センサ１１，１２の配設位置は被走査面上
に限るものではなく、それと光学的に等価な位置でも差
し支えない。

【００４１】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば以
下のような効果を奏する。請求項１に記載のマルチビー
ム走査装置によれば、第１のビーム検出手段からの検出
信号に基づき特定のビームの走査開始タイミングを決定
するとともに、特定のビーム以外のビームの走査開始タ
イミングは、各ビームにそれぞれ設定された遅延時間だ
け特定のビームの走査開始タイミングからずらすように
したタイミング設定手段と、走査光学系の主走査方向の
倍率変化に応じて特定のビームの走査開始タイミング及
びその他のビームの遅延時間を変化させるタイミング可
変手段とを設けたので、環境温度の変動に伴う複数ビー
ムの走査開始位置の偏差を、特定以外のビームの走査開
始タイミングを可変とすることにより抑制することが可
能になる。

【００４２】請求項２に記載のマルチビーム走査装置に
よれば、有効露光域外の走査終了側に第２のビーム検出
手段を設けたので、走査開始側に設けた第１のビーム検
出手段とともに一つのビームが第１，第２のビーム検出
手段間を走査するのに要する時間を基準値と比較するこ
とにより、主走査倍率の変化量を高精度に検出すること
ができる。

【００４３】請求項３に記載のマルチビーム走査装置に
よれば、走査光学系の主走査方向の倍率変化を検出する
ための倍率検出手段を設けたので、所要の遅延時間を正
確に設定することができる。

【００４４】請求項４に記載のマルチビーム走査装置に
よれば、主走査方向の倍率変化を補正するための倍率補
正手段を設けたので、主走査倍率の変化による有効露光
域の長さを基準値と一致させることが可能になる。

【００４５】請求項５に記載の画像形成装置によれば、
環境温度の変動に係らず安定したマルチビーム走査装置
により良好な出力画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態を示す構成図である。

【図２】同じくその光源部を出射側から見た各発光点の
配置状態を示す説明図である。

【図３】同じくその光源部の主走査方向断面に沿う光路
図である。

【図４】同じくその感光体上に結像したビームスポット
の配置状態を示す説明図である。

【図５】同じくその光路長に対する各ビームの光線高さ
を示す光路図である。

【図６】同じく温度変化に伴って変化する有効書込域を
模式的に示す説明図である。

【符号の説明】

１：光源部 １ａ：第１の発光点 １ｂ：第２の発光点 ２：カップリングレンズ ３：アパ−チャ ４：シリンダレンズ ５：ポリゴンミラー ６：走査結像光学系 ７：感光体 １１：第１の同期検知センサ １２：第２の同期検知センサ Ｉ：面番号 Ｒ（Ｉ）ｍ：第Ｉ面の主走査方向曲率半径 Ｒ（Ｉ）ｓ：第Ｉ面の副走査方向曲率半径 Ｄ（Ｉ）：第Ｉ面後の面間隔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C362 BA69 BA70 BB30 BB32 BB34 BB38 BB42 CB07 CB13 CB35 2H045 AA52 BA23 BA32 CA89 CA98 DA26 DA41 5C072 AA03 BA12 HA02 HA06 HA13 HB08 HB11 XA01 XA05 5C074 AA10 BB03 BB26 CC22 CC26 DD11 DD15 DD19 EE02 GG03 GG04 GG09 GG12 HH02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の発光点を有する光源部と、該光
   源部から出射される複数のビームにより被走査面上を偏
   向走査する走査光学系と、前記被走査面の有効露光域外
   の走査開始側に設けられ特定のビームを検出する第１の
   ビーム検出手段とを有するマルチビーム走査装置におい
   て、 前記第１のビーム検出手段からの同期検出信号に基づき
   前記特定のビームの走査開始タイミングを決定するとと
   もに、前記特定のビーム以外のビームの走査開始タイミ
   ングは、各ビームにそれぞれ設定された遅延時間だけ前
   記特定のビームの走査開始タイミングからずらすように
   したタイミング設定手段と、前記走査光学系の主走査方
   向の倍率変化に応じて、前記特定のビームの走査開始タ
   イミング及びその他のビームの前記遅延時間を変化させ
   るタイミング可変手段とを設けたことを特徴とするマル
   チビーム走査装置。
2. 【請求項２】 前記走査光学系の被走査面の有効露光域
   外の走査終了側に、第２のビーム検出手段を設けたこと
   を特徴とする請求項１記載のマルチビーム走査装置。
3. 【請求項３】 前記走査光学系の主走査方向の倍率変化
   を検出するための倍率検出手段を設けたことを特徴とす
   る請求項２記載のマルチビーム走査装置。
4. 【請求項４】 前記走査光学系の主走査方向の倍率変化
   を補正するための倍率補正手段を設けたことを特徴とす
   る請求項２または３記載のマルチビーム走査装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の
   マルチビーム走査装置と、該マルチビーム走査装置によ
   り感光体面上に画像を形成する画像形成手段とを備えた
   画像形成装置。