JP2005037555A - 光源ユニット、光走査装置、画像形成装置 - Google Patents
光源ユニット、光走査装置、画像形成装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】光利用効率の向上をはかり、消費電力、発熱量の低減を実現する光源ユニット、光走査装置、画像形成装置を提供する。
【解決手段】複数の発光点を有し、半導体レーザアレイ（ＬＤＡ）からなる光源１と、光源１からの発散光束の像を形成する集光レンズ２（第１結像光学系）と、集光レンズ２からの光束をカップリングするカップリングレンズ３（第２結像光学系）と、光束幅を規制する開口絞り４により構成される光源ユニットＡにおいて、光源と、第１結像光学系による光源の像の関係はその横倍率をβとするとき、｜β｜＜１であることを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】複数の発光点を有し、半導体レーザアレイ（ＬＤＡ）からなる光源１と、光源１からの発散光束の像を形成する集光レンズ２（第１結像光学系）と、集光レンズ２からの光束をカップリングするカップリングレンズ３（第２結像光学系）と、光束幅を規制する開口絞り４により構成される光源ユニットＡにおいて、光源と、第１結像光学系による光源の像の関係はその横倍率をβとするとき、｜β｜＜１であることを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源ユニット、光走査装置、画像形成装置に関するものであり、
光利用効率の向上をはかり、消費電力、発熱量の低減を実現する光源ユニット、光走査装置、画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザプリンタ等の画像形成装置の出力速度向上のため、一度に複数の光束により被走査媒体（感光体等の像形成体）上を光走査し画像を形成するマルチビーム光走査装置が開発されてきている。光源としては半導体レーザ（ＬＤ）を複数個組み合わせたり、複数の発光点を有する半導体レーザアレイ（ＬＤＡ）が用いられている。
【０００３】
半導体レーザアレイ（ＬＤＡ）は、電気的クロストークや熱的クロストークの問題のため、発光点間隔を狭くすることが困難である。特に波長が短波長化（６８０ｎｍ以下）するとその構成材質の関係上、電気的クロストークや熱的クロストークの影響は特に顕著になり、またドループ特性の劣化も発生するため、発光点間隔を広くとらざるを得ない。波長が７８０ｎｍの場合は、発光点間隔を１４μｍとして実用化したＬＤＡもあるが、６８０ｎｍ以下のいわゆる赤色ＬＤや青色ＬＤの場合は、上記の問題を小さくするため、発光点間隔は８０μｍ以上必要となる。
【０００４】
光走査装置の偏向器前の光学系の副走査方向の横倍率β１の絶対値は一般的に、２以上となる。また、偏向器以降の光学系の副走査方向の横倍率β２の絶対値は一般的に、０．５〜４程度であり、光学系全系の横倍率β０の絶対値は、下式より、１〜８以上と求められる。
β０ ＝ β１×β２
【０００５】
副走査方向の被走査媒体上の光スポットの走査間隔Ｐｉは、例えば６００ｄｐｉ書き込みの場合、
Ｐｉ ＝ ２５．４／６００ ＝ ０．０４２３ （ｍｍ） ＝ ４２．３ （μｍ）
である。副走査方向の光源の発光点間隔をＰｏｓとすると以下の関係が成り立つ。
Ｐｉ ＝ Ｐｏｓ×β０ ＝Ｐｏｓ×β１×β２
【０００６】
以上より、Ｐｏｓは５．３〜４２．３（μｍ）以下となる。このため、光学系によっては５．３μｍ以下の発光点間隔である必要が生じ、従来はＬＤＡを傾けることにより副走査方向の間隔が狭くなるような構成にせざるを得ず、ＬＤＡの傾き角θは６０度以上必要となる。
【０００７】
ＬＤＡの射出光束の発散角は、発光点の配列方向は狭く、配列方向と直行する方法は広くなる。つまり、ＬＤＡを傾けて構成すると副走査方向に発散角は広く、主走査方向に狭くなり、副走査方向に長い楕円形になる。
【０００８】
しかし、ビーム整形用の開口絞り（アパーチャ）は光学系の主走査方向及び副走査方向それぞれの倍率関係から、主走査方向に広くとる必要がある。よって、ＬＤＡから射出された光束の副走査方向は、大部分をカットすることになり、光利用効率が悪くなる。そのため、高出力のＬＤＡを使用する必要が生じ、エネルギーの無駄な使い方をせざるを得なかった。
【０００９】
光学系の設計に関し工夫を凝らした文献は多く紹介されており、以下その一部を採り上げる。
【００１０】
特許文献１に記載の技術は、複数の発光点と集光レンズの間にリレー光学系を配置し、リレー光学系と集光レンズの間を調整することにより被走査面に対するビームウエスト位置のずれを低減ずることを特徴とする。
しかし、間隔を調整することによりビームスポット径は狙いの値とすることが可能になるが、半導体レーザアレイ（ＬＤＡ）の発光点間隔に関しては考慮されておらず、発光点間隔に対する課題は解決されていない。
【００１１】
特許文献２に記載の技術は、点光源の中間像を形成するための光学素子と点光源が一体的に交換可能に構成され、点光源に対する中間像の横倍率の絶対値が１以上であることを特徴とする光源ユニットに関するものである。
光源ユニットとそれ以降の光学系との組み付け性に関する技術であり、半導体レーザアレイ（ＬＤＡ）の発光点間隔に関しては考慮されていない。点光源と中間像の横倍率を１以上にすると点光源の光学素子に対する組付け位置精度が厳しくなる欠点を有する。
【００１２】
特許文献３に記載の技術は、ＬＤＡを傾けて配置することにより副走査対応方向の発光点間隔を狭くし、被走査媒体上の像の副走査対応方向の間隔を、狙いの間隔とすることを特徴とする。
しかし、ＬＤＡを傾けるためＬＤＡからの射出光の発散角の広い方向が副走査方向になってしまい、光量ロスが発生する。
【００１３】
特許文献４に記載の技術は、ＬＤＡからの射出光をコリメート光とし、さらに偏向器との間にアフォーカル光学系を配置することを特徴とする。
しかし、特許文献１と同様にＬＤＡの発光点間隔に関しては考慮されていない。
【００１４】
特許文献５に記載の技術は、ＬＤＡからの射出光束をコリメート部によりコリメートし、偏向器との間に偏向面内（主走査方向）で屈折力を有するシリンドリカルレンズと正の屈折力を有する球面単レンズを有する構成であることを特徴とする。
しかし、ＬＤＡは傾けて配置しており、光量ロスが発生する。
【００１５】
上記のように間隔の広いＬＤＡに関しては、ＬＤＡを傾けて発光点間隔の調整を行われているのが一般的である。
【００１６】
【特許文献１】
特開２００３−４３３９０号公報
【特許文献２】
特許第３３７３０７９号公報
【特許文献３】
特公昭６０−３３０１９号公報
【特許文献４】
特公昭６４−１０８０５号公報
【特許文献５】
特許第２７４１１９５号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、上記課題に対し、ＬＤＡを傾けることなくマルチビーム書込光学系を構成する方法を行う光源ユニット、光走査装置、画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１８】
また、複数の光束を同時に感光体上を走査させるマルチビーム光源ユニットは、走査させる光束の間隔の調整方法が複雑になるため、簡単に調整可能な方法が望まれている。本発明では、走査光束の簡単なピッチ調整方法を行う光源ユニット、光走査装置、画像形成装置の提供も目的とする。
【００１９】
特に請求項１、９に係る発明では、ＬＤＡを傾けることなく、被走査媒体上の走査光束の副走査方向の間隔を所望の間隔にすることを目的とする。
【００２０】
請求項２、１０に係る発明では、ＬＤＡが劣化した場合の光源ユニット交換を容易にすること、および、副走査方向の間隔が異なる複数の光源ユニットを用意し、画像形成装置の所望の書込密度に対応した光源ユニットを組み込むことにより、光源ユニット以外の部分を共通化することを目的とする。
【００２１】
請求項３、１１に係る発明では、ＬＤＡの発光点を副走査方向に沿って一列に配列し、被走査媒体上の各発光点の走査開始タイミングを同じにすることにより、同期検知検出回路を簡単な構成にすることを目的とする。
【００２２】
請求項４、１２に係る発明では、ＬＤＡ保持部品の加工誤差等によりＬＤＡが傾いて組み付いた場合に、正しい角度に調整できるようにすること、および、書込光学系を構成する各構成部品の加工誤差により、被走査媒体上の光束の走査間隔が所望の間隔からずれた場合に、正しい走査間隔に調整できるようにすることを目的とする。
【００２３】
請求項５、１３に係る発明では、光源ユニットを複数組み合わせることにより、被走査媒体上を光走査する光束の本数を増やし、画像形成装置の出力速度を上げることを目的とする。
【００２４】
請求項６、１４に係る発明では、偏向反射面近傍で光束が交差するように構成することにより、各光源ユニットからの射出光束の、第４結像光学系における光線の光路を同じくすることにより結像性能の劣化を防ぐことを目的とする。
【００２５】
請求項７、１５に係る発明では、走査光束の副走査方向の間隔の調整を簡単な方法で実現可能にすることを目的とする。
【００２６】
請求項８、１６に係る発明では、波長を６８０ｎｍ以下とすることにより、被走査面上におけるビームスポット径を小さくし高密度化を達成することを目的とする。
【００２７】
請求項１７に係る発明では、上記光源ユニット、または光走査装置を組み込むことにより、光利用効率に無駄のないマルチビーム書き込みが可能な画像形成装置を形成することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を解決するため、請求項１に記載の発明は、複数の発光点を有する光源と、光源からの発散光束の像を形成する第１結像光学系と、第１結像光学系からの光束をカップリングする第２結像光学系により構成される光源ユニットにおいて、光源と、第１結像光学系による光源の像の関係はその横倍率をβとするとき
｜β｜ ＜ １
であることを特徴とする。
【００２９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光源ユニットにおいて、光源、第１結像光学系および第２結像光学系は一体的に構成されていることを特徴とする。
【００３０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光源ユニットにおいて、一つの光源の複数の発光点は偏向走査平面と直交する平面内に於いて、略直線状に配列されていることを特徴とする。
【００３１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光源ユニットにおいて、光源は複数の発光点からの射出光束の光軸に対し略平行な軸を回転軸として回転可能なことを特徴とする。
【００３２】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の光源ユニットにおいて、光源、第１結像光学系および第２結像光学系から構成される光源ユニットを、複数組み合わせて構成されることを特徴とする。
【００３３】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の光源ユニットにおいて、主走査平面に投影したときに、各光源ユニットからの光束が偏向器の偏向反射面近傍で、交差するように構成されていることを特徴とする。
【００３４】
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の光源ユニットにおいて、各光源ユニットは一体的に構成され、各光源ユニットの射出光軸の中心線に対し略平行な軸を回転軸として回転可能なことを特徴とする。
【００３５】
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の光源ユニットにおいて、光源の波長は６８０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００３６】
請求項９に記載の発明は、複数の発光点を有する光源と、光源からの発散光束の像を形成する第１結像光学系と、第１結像光学系からの光束をカップリングする第２結像光学系により構成される光源ユニットがあって、第２結像光学系を介し偏向器へ導光し、第２結像光学系と偏向器との間に配置され、偏向器の偏向反射面近傍に線像を形成する第３結像光学系と、偏向器により偏向された光束を被走査面上に光スポットとして結像する第４結像光学系から構成される光走査装置において、光源と、第１結像光学系による光源の像の関係はその横倍率をβとするとき
｜β｜ ＜ １
であることを特徴とする。
【００３７】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の光走査装置において、光源、第１結像光学系および第２結像光学系は一体的に構成されていることを特徴とする。
【００３８】
請求項１１に記載の発明は、請求項９に記載の光走査装置において、一つの光源の複数の発光点は偏向走査平面と直交する平面内に於いて、略直線状に配列されていることを特徴とする。
【００３９】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の光走査装置において、光源は複数の発光点からの射出光束の光軸に対し略平行な軸を回転軸として回転可能なことを特徴とする。
【００４０】
請求項１３に記載の発明は、請求項９に記載の光走査装置において、光源、第１結像光学系および第２結像光学系から構成される光源ユニットを、複数組み合わせて構成されることを特徴とする。
【００４１】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の光走査装置において、主走査平面に投影したときに、各光源ユニットからの光束が偏向器の偏向反射面近傍で、交差するように構成されていることを特徴とする。
【００４２】
請求項１５に記載の発明は、請求項１３または１４に記載の光走査装置において、各光源ユニットは一体的に構成され、各光源ユニットの射出光軸の中心線に対し略平行な軸を回転軸として回転可能なことを特徴とする。
【００４３】
請求項１６に記載の発明は、請求項９に記載の光走査装置において、光源の波長は６８０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００４４】
請求項１７に記載の発明は、請求項１から８の何れか１項に記載の光源ユニットまたは請求項９から１６の何れか１項に記載の光走査装置を搭載した画像形成装置であることを特徴とする。
【００４５】
＜作用＞
本発明は、複数の光束により被走査媒体上を光走査するマルチビーム書込光学系に関する。このことより、１つの発光点からの光束により被走査媒体上を光走査する場合に比べ、偏向器の回転速度を下げる事ができる。これにより、偏向器による消費電力を低減できる。また、発熱量も下げることができる。
【００４６】
請求項１、９に係る発明によれば、ＬＤＡを傾けることなく、被走査媒体上の走査光束の副走査方向の間隔を所望の間隔にすることにより、光利用効率の劣化を防ぐことが出来、露光エネルギーを無駄なく有効活用できるようになる。
また、横倍率を１以下とすることにより、光源の光軸方向の位置ずれが発生しても変動量が縮小されるため、組み付け精度を緩くする事が可能となり、組み付け性の向上を図ることができる。
さらに、横倍率を１以下とすることにより縮小光学系を構成するため、ＬＤＡの発光光束の垂直方向と水平方向の非点格差による被走査面上での結像性能への影響を小さくすることができる。
【００４７】
請求項２、１０に係る発明によれば、光源ユニットを一体化することにより、ＬＤＡが劣化した場合の光源ユニット交換を容易にすることができる。
また、副走査方向の間隔が異なる複数の光源ユニットを用意することにより、画像形成装置の所望の書込密度に対応した光源ユニットを選択的に組み込むことができるようになる。光源ユニット以外の部分の共通化が可能になる。
【００４８】
請求項３、１１に係る発明によれば、ＬＤＡの発光点を副走査方向に沿って一列に配列し、被走査媒体上の各発光点の走査開始タイミングを同じにすることにより、ひとつの発光点の光束を用いるだけで同期検知信号を得ることができ、同期検知検出回路を簡単な構成にすることができる。
【００４９】
請求項４、１２に係る発明によれば、ＬＤＡを射出光軸と平行な軸の周りに回転可能とすることにより、ＬＤＡ保持部品の加工誤差等によりＬＤＡが傾いて組み付いた場合に、正しい角度に調整できるようになる。
また、書込光学系を構成する各構成部品の加工誤差により、被走査媒体上の光束の走査間隔が所望の間隔からずれた場合に、正しい走査間隔に調整できるようなる。
【００５０】
請求項５、１３に係る発明によれば、光源ユニットを複数組み合わせることにより、被走査媒体上を光走査する光束の本数を増やし、画像形成装置の出力速度を上げることができるようになる。
【００５１】
請求項６、１４に係る発明によれば、偏向反射面近傍で光束が交差するように構成することにより、各光源ユニットからの射出光束の、走査光学系である第４結像光学系における光線の光路を同じくすることにより、被走査面上の走査光束の結像性能（像面湾曲、倍率誤差、等）の劣化を防ぐことができる。
【００５２】
請求項７、１５に係る発明によれば、走査光束の副走査方向の間隔の調整を、簡単な方法で行えるようになる。
【００５３】
請求項８、１６に係る発明によれば、波長を６８０ｎｍ以下とすることにより、例えば７８０ｎｍのＬＤＡに対し、同一の光走査光学系（第４結像光学系）を使用してマルチビーム光走査装置を構成した場合、被走査面上におけるビームスポット径を約１５％以上小さくすることができ、書込密度の高密度化を容易に達成することが可能になる。
【００５４】
請求項１７に係る発明によれば、本発明の光源ユニット、または光走査装置を組み込むことにより、光利用効率に無駄のないマルチビーム書き込みが可能な画像形成装置を形成することができる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、本実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明の実施形態は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００５６】
＜構成・動作＞
図１は本実施形態に関わるマルチビーム光走査光学系の全体構成の一例を示す図である。半導体レーザアレイ（ＬＤＡ）からなる光源１からの発散光束を集光し、光源１の発光点の像を形成する集光レンズ２（第１結像光学系）、１度収束し像を形成した後再び発散する光束をカップリングするカップリングレンズ３（第２結像光学系）、光束幅を規制する開口絞り４は、光源ユニットＡとして一体的に構成される。光源ユニットＡから出射した光束は、線像結像光学系であるシリンドリカルレンズ５（第３結像光学系）により偏向器６（ポリゴンスキャナ）の偏向反射面６Ａ近傍に主走査方向に長い線状に集光される。
【００５７】
偏向器６は回転軸６Ｂを軸として等角速度で回転しており、入射光束を等角速度的に偏向する。偏向器６と被走査媒体９との間に、第４結像光学系７（走査光学系：図中では２枚レンズ構成であるが、枚数は問わず、また反射光学系で構成しても、組み合わせて構成しても良い）を配置し、光束８は被走査媒体９上に光スポット１０を形成する。光スポット１０は偏向器６の回転（図中矢印方向）によって被走査媒体９上を、図中矢印方向へ光走査する。
【００５８】
同期検知光学系１００は、偏向器６により偏向された光束を、ミラー１０３と同期検知用結像素子１０２を経た後、フォトダイオード等により構成される同期検知センサー１０１に偏向光束を導く。そして光束が同期検知センサー１０１上を通過する際に同期信号を発し、同期回路（図示せず）により演算処理され、書込開始信号をあるタイミングの後発信する。ここで言う「あるタイミング」とは、同期検知センサー１０１の検知位置から書込開始位置に光束が至るまでの時間である。同期検知用結像素子１０２は、副走査方向にのみパワー（屈折力）を持つレンズ、主走査方向にのみパワーを持つレンズ、主副両方向にパワーを持つレンズのいずれでも良い。また、同期検知用結像素子１０２として、レンズの代わりに、パワーを持つ曲面ミラー等を用いても良い。また、同期検知用結像素子１０２を用いず、ミラー１０３に上述のようなパワーを持たせて同期検知センサー１０１に直接導くようにして、同期検知光学系１００を構成しても良い。
【００５９】
図２は本実施形態を説明するための副走査方向の模式図である。
光源１から射出した光束は集光レンズ２により中間像ＩＴを形成する。このとき光源１と中間像ＩＴの間の結像横倍率βは
β＝−Ｌ２／Ｌ１
となる。その際、
｜β｜ ＜ １
となるように構成する。
【００６０】
光源１であるＬＤＡの発光点の配列方向は、副走査方向（偏向走査平面と直交する方向）と略平行になるように配置する。
【００６１】
このように配置することにより、先述したように、光源から射出した光束を効率よく被走査媒体９へ伝達することが可能になる。
【００６２】
中間像ＩＴでの副走査方向の光束間隔ＰＩＴは、光源１であるＬＤＡの発光点間隔Ｐｏｓが上記の横倍率の関係により、以下のように変換される。
ＰＩＴ＝Ｐｏｓ×−β
【００６３】
カップリングレンズ３の焦点距離をＦｃｏ、シリンドリカルレンズ５の焦点距離をＦｃｙとすると、両光学素子間の副走査方向の横倍率β１は
β１＝−Ｆｃｙ／Ｆｃｏ
となる。
【００６４】
第４結像光学系の副走査方向の横倍率β２とすると、中間像ＩＴ以降の光学系の横倍率β０は、下式で求められる。
β０＝β１×β２
【００６５】
よって、中間像ＩＴにおける光束の副走査方向の間隔ＰＩＴと被走査媒体上での副走査方向走査間隔Ｐｉは、同様に
Ｐｉ＝ＰＩＴ×−β０＝Ｐｏｓ×−β×β１×β２
となる。
【００６６】
光源１であるＬＤＡとして、６８０ｎｍ以下のいわゆる赤色ＬＤや青色ＬＤを用いる場合、先述したように、ドループ特性の劣化を抑えるため発光点間隔を８０μｍ以上とる必要がある。
【００６７】
光走査装置における偏向器以前の光学系の、副走査方向の横倍率β１の絶対値は、一般的に２以上となる。また、偏向器以降の光学系の、副走査方向の横倍率β２の絶対値は、一般的に０．５〜４程度であり、光学系全系の横倍率β０の絶対値は、１〜８以上となる。
【００６８】
しかし、被走査媒体９上の副走査方向走査間隔Ｐｉは６００ｄｐｉの場合４２．３μｍ、１２００ｄｐｉの場合２１．２μｍとなり、発光点間隔Ｐｏｓより狭くする必要がある。
【００６９】
従来は、ＬＤＡを傾けることにより光源１の発光点の副走査方向間隔を狭め、被走査媒体９上の走査間隔Ｐｉを狙いの間隔にしていたが、光量の利用効率が悪くなるという問題を持っているため、本実施形態では集光レンズ２により中間像ＩＴを作り、この中間像ＩＴを光源１の発光点間隔Ｐｏｓを縮小した像とし、その像を新たな光源とすることにより、光源１であるＬＤＡを傾けることなく被走査媒体９上の走査間隔Ｐｉを狙いの間隔にでき、書込光学系を構成することができる。
【００７０】
つまり、
｜β｜ ＜ １
とすることにより、上記課題を解決することができる。
【００７１】
以上よりＬＤＡを傾けることなくマルチビーム書込光学系を構成する事が可能になり、ＬＤＡから射出した光束を効率良く使用することが可能になる。
【００７２】
ここで、ＬＤＡの発光点間隔Ｐｏｓが８０μｍとした場合の実施例を以下に示す。
【００７３】
［実施例１］
副走査６００ｄｐｉ書き込みの場合
Ｐｉ ＝ ４２．３（μｍ）
であり、これを満足するように光学系の各構成パラメータを下記のように設定する。
Ｐｏｓ ＝ ８０（μｍ）
β ＝ −０．２、Ｆｃｏ ＝ ３０（ｍｍ）、Ｆｃｙ ＝ ６０（ｍｍ）、β２ ＝ −１．３２
【００７４】
以上より、それぞれの横倍率は
β１ ＝ −Ｆｃｙ／Ｆｃｏ ＝ −２
β０ ＝ β１×β２ ＝ ２．６４
となり、光学系全系の横倍率β全は
β全 ＝ β×β０ ＝ −０．５２９
【００７５】
よって、以下のように発光点間隔Ｐｏｓを被走査面上に於いて狙いの走査間隔Ｐｉとすることができる。
Ｐｉ ＝ Ｐｏｓ×｜β全｜ ＝ ８０ （μｍ）× ０．５２９ ＝ ４２．３（μｍ）
【００７６】
［実施例２］
上記書込光学系を用いて副走査１２００ｄｐｉ書き込みを行う場合
Ｐｉ ＝ ２１．２（μｍ）
であり、これを満足するようにβを以下のように設定する。
β ＝ −０．１
【００７７】
光学系全系の横倍率β全は
β全 ＝ β×β０ ＝ −０．２６４
となり、以下のように発光点間隔Ｐｏｓを被走査面上に於いて狙いの走査間隔Ｐｉとすることができる。
Ｐｉ ＝ Ｐｏｓ×｜β全｜ ＝ ８０ （μｍ）× ０．２６４ ＝ ２１．２（μｍ）
【００７８】
［実施例３］
副走査６００ｄｐｉ書き込みの場合の別の例を示す。
光学系の各構成パラメータを下記のように設定する。
Ｐｏｓ＝ ８０（μｍ）
β ＝ −０．４、Ｆｃｏ ＝ ３０（ｍｍ）、Ｆｃｙ ＝ ６０（ｍｍ）、β２ ＝ −０．６６
【００７９】
以上より、それぞれの横倍率は
β１ ＝ −Ｆｃｙ／Ｆｃｏ ＝ −２
β０ ＝ β１×β２ ＝ １．３２
となり、光学系全系の横倍率β全は
β全 ＝ β×β０ ＝ −０．５２９
【００８０】
よって、以下のように発光点間隔Ｐｏｓを被走査面上に於いて狙いの走査間隔Ｐｉとすることができる。
Ｐｉ ＝ Ｐｏｓ×｜β全｜ ＝ ８０ （μｍ）× ０．５２９ ＝ ４２．３（μｍ）
【００８１】
従来、光源とカップリングレンズの位置関係を調整することによりカップリングレンズから射出する光束を平行光束、発散光束、収束光束いずれかに調整していた。本実施形態に於いても、この調整は必要で、中間像ＩＴとカップリングレンズ３の位置関係を調整する必要がある。調整の際に光源１と中間像ＩＴの倍率関係を維持する必要があるため、光源１と集光レンズ２及び開口絞り４を、光源ユニットＡとして一体的に構成する。この際、開口絞り４は別体であってもかまわない。
【００８２】
被走査媒体９上の走査間隔Ｐｉは各光学素子の加工精度及び組み付け誤差により狙いの間隔にならず、一般的にずれてしまう。
【００８３】
この問題を解決するために本実施形態では、図３に示すように光源１であるＬＤＡを各射出光束の光軸と平行な軸（図中Ｃ）を回転軸とし回転調整を行う事を提案する。図３は光源１であるＬＤＡの発光点が一列に並んでいる状態を模式的に示した図で、紙面と垂直な方向に光は射出するものとする。図の例は発光点が４個の例であるが、発光点の数に制限はない。この際、各発光点の射出光束の光軸と平行な軸（図中Ｃ）を回転軸とし回転調整することにより、光源１の副走査方向の間隔を調整する。発光点間隔Ｐｏｓは、回転軸Ｃを中心としてθ回転させる事により、光源１の副走査方向の間隔は Ｐｏｓ×ｃｏｓθ となる。これにより、被走査媒体９上の走査間隔Ｐｉを調整する。この方法により、走査光束の走査間隔Ｐｉを簡単に調整可能になる。
【００８４】
次に、光源ユニットＡを複数個組合せ光学系を構成する場合を説明する。複数個組み合わせることにより、被走査媒体９上を走査する光束の数を増やすことができる。このことにより、本書込光学系を搭載する画像形成装置の出力速度の向上を図ることができる。また、逆に出力速度を変えない場合は、偏向器の回転速度の低減を図ることができ、消費電力の低減、発熱量の低減、等環境に対し配慮した書込光学系を構成することが可能になる。
【００８５】
図４に光源ユニットＡを２個組合せた場合の例を示す。偏向器６以降の光学系は省略している。
【００８６】
図４に示すように、光源ユニットＡ、Ｂからの射出光束が偏向器６の偏向反射面６Ａ近傍で交差するように構成する。光源ユニットＡから射出した光束に対し、光源ユニットＢから射出した光束は、それぞれの光源ユニットの光軸の成す角φの半分の角度（φ／２）偏向器６をずらした状態で偏向するように構成することにより、偏向反射面６Ａにより反射したそれぞれの光源ユニットから射出した光束は、それ以降の光学系の同じところを通過するように構成することができる。このように、主走査平面上に投影したときに、各光源ユニットからの射出光束が偏向器の偏向反射面６Ａ近傍で交差するように配置構成する事により、上記を達成できる。
【００８７】
各々の光源ユニットの射出光軸の中心線に対し略平行な軸（図４の例においてはＪ、Ｋ）を回転軸として回転調整することにより、上述の光源１の射出光軸と平行な軸を回転軸とし回転調整する場合と同様に、被走査媒体９上の副走査方向の走査間隔Ｐｉを調整することが可能になる。このような調整方法を採ることにより、走査光束の走査間隔Ｐｉを簡単に調整可能になる。
【００８８】
近年、高密度化達成のためにＬＤ発振波長の短波長化が成されてきている。（被走査面上のビームスポット径は光源の波長に比例するため）従来、一般的に波長７８０ｎｍのＬＤが広く使われてきたが、上記目的のため波長６８０ｎｍ以下のＬＤが使われ始めている。例えば、６８０ｎｍ／７８０ｎｍ＝０．８７であり、１３％の小径化が可能になる。
【００８９】
ＬＤの発振波長の短波長化（６８０ｎｍ以下）を実現するためには、ＬＤその物を構成する材質を波長７８０ｎｍ用のＬＤとは異なる材質で構成する必要がある。波長７８０ｎｍ用ＬＤの構成材質は一般にＡｌＧａＡｓから構成されるが、波長６８０ｎｍ以下用は構成材質が異なり、ドループ特性の劣化を引き起こしやすい。特に半導体レーザアレイの場合は、その構造上発光点同士が近接するため、互いの発熱の影響によりドループ特性が劣化しやすく、発光点同士の間隔を狭めることが困難である。
【００９０】
しかし、本実施形態の構成にすることにより、第１結像光学系による光源の像の間隔を狭くすることができ、発光点間隔が広いままでも光学系を構成することが可能になり、上記課題を効果的に解決することが可能になる。よって、ビームスポット径の小径化が可能になり高密度化を達成できる。
【００９１】
図５は本実施形態の走査光学系が搭載される画像形成装置３０を説明する図である。
【００９２】
原稿３１はコンタクトガラス３２上に置かれ、ランプ３３で照らされ、照射された原稿による画像はミラーでスキャナレンズブロック３４へ導かれ、ＣＣＤにより画像データとして処理され、画像データ３５は本実施形態のマルチビーム光書込光学装置３６にデータ転送され、画像信号に基づきＬＤはＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、感光体ドラム２０上を光スポットが走査する。帯電器４０により帯電された感光体上を光走査し静電潜像を形成し、現像器３７によりトナー像として現像され、給紙トレイ３８から紙が給紙ローラー３９により感光体へ導かれ、転写ローラー４５により転写され、定着器４１により定着され、排紙ローラー４４により排紙トレイ４２に排出される。感光体２０は除電・クリーナー４３により除電およびクリーニングがなされ、再び帯電からの工程を繰り返す。
【００９３】
さらに本実施形態の画像形成装置と電子演算装置（コンピュータ等）、画像情報通信システム（ファクシミリ等）等とをネットワークを介し接続することにより、１台の画像形成装置で複数の機器からの出力を処理することができる情報処理システムを形成することができる。
【００９４】
また、ネットワーク上に複数の画像形成装置を接続すれば、各出力要求から各画像形成装置の状態（ジョブの混み具合、電源が入っているかどうか、故障しているかどうか等）を知ることができ、一番状態の良い（使用者の希望に一番適した）画像出力装置を選択し、出力を行うことができるようになる。
【００９５】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明は、複数の光束により被走査媒体上を光走査するマルチビーム書込光学系に関する。このことより、１つの発光点からの光束により被走査媒体上を光走査する場合に比べ、偏向器の回転速度を下げる事ができる。これにより、偏向器による消費電力を低減できる。また、発熱量も下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に関わるマルチビーム光走査光学系の全体構成の一例を示す図である。
【図２】本実施形態を説明するための副走査方向の模式図である。
【図３】光源１であるＬＤＡの発光点が一列に並んでいる状態を模式的に示した図である。
【図４】光源ユニットＡを２個組合せた場合の例を示す図である。
【図５】本実施形態の走査光学系が搭載される画像形成装置を説明する図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 集光レンズ（第１結像光学系）
３ カップリングレンズ（第２結像光学系）
４ 開口絞り
Ａ 光源ユニット
５ シリンドリカルレンズ（第３結像光学系）
６ 偏光器
６Ａ 偏光反射面
６Ｂ 回転軸
７ 第４結像光学系
８ 光束
９ 被走査媒体
１０ 光スポット
１００ 同期検知光学系
１０１ 同期検知センサー
１０２ 同期検知用結像素子
１０３ ミラー
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源ユニット、光走査装置、画像形成装置に関するものであり、
光利用効率の向上をはかり、消費電力、発熱量の低減を実現する光源ユニット、光走査装置、画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザプリンタ等の画像形成装置の出力速度向上のため、一度に複数の光束により被走査媒体（感光体等の像形成体）上を光走査し画像を形成するマルチビーム光走査装置が開発されてきている。光源としては半導体レーザ（ＬＤ）を複数個組み合わせたり、複数の発光点を有する半導体レーザアレイ（ＬＤＡ）が用いられている。
【０００３】
半導体レーザアレイ（ＬＤＡ）は、電気的クロストークや熱的クロストークの問題のため、発光点間隔を狭くすることが困難である。特に波長が短波長化（６８０ｎｍ以下）するとその構成材質の関係上、電気的クロストークや熱的クロストークの影響は特に顕著になり、またドループ特性の劣化も発生するため、発光点間隔を広くとらざるを得ない。波長が７８０ｎｍの場合は、発光点間隔を１４μｍとして実用化したＬＤＡもあるが、６８０ｎｍ以下のいわゆる赤色ＬＤや青色ＬＤの場合は、上記の問題を小さくするため、発光点間隔は８０μｍ以上必要となる。
【０００４】
光走査装置の偏向器前の光学系の副走査方向の横倍率β１の絶対値は一般的に、２以上となる。また、偏向器以降の光学系の副走査方向の横倍率β２の絶対値は一般的に、０．５〜４程度であり、光学系全系の横倍率β０の絶対値は、下式より、１〜８以上と求められる。
β０ ＝ β１×β２
【０００５】
副走査方向の被走査媒体上の光スポットの走査間隔Ｐｉは、例えば６００ｄｐｉ書き込みの場合、
Ｐｉ ＝ ２５．４／６００ ＝ ０．０４２３ （ｍｍ） ＝ ４２．３ （μｍ）
である。副走査方向の光源の発光点間隔をＰｏｓとすると以下の関係が成り立つ。
Ｐｉ ＝ Ｐｏｓ×β０ ＝Ｐｏｓ×β１×β２
【０００６】
以上より、Ｐｏｓは５．３〜４２．３（μｍ）以下となる。このため、光学系によっては５．３μｍ以下の発光点間隔である必要が生じ、従来はＬＤＡを傾けることにより副走査方向の間隔が狭くなるような構成にせざるを得ず、ＬＤＡの傾き角θは６０度以上必要となる。
【０００７】
ＬＤＡの射出光束の発散角は、発光点の配列方向は狭く、配列方向と直行する方法は広くなる。つまり、ＬＤＡを傾けて構成すると副走査方向に発散角は広く、主走査方向に狭くなり、副走査方向に長い楕円形になる。
【０００８】
しかし、ビーム整形用の開口絞り（アパーチャ）は光学系の主走査方向及び副走査方向それぞれの倍率関係から、主走査方向に広くとる必要がある。よって、ＬＤＡから射出された光束の副走査方向は、大部分をカットすることになり、光利用効率が悪くなる。そのため、高出力のＬＤＡを使用する必要が生じ、エネルギーの無駄な使い方をせざるを得なかった。
【０００９】
光学系の設計に関し工夫を凝らした文献は多く紹介されており、以下その一部を採り上げる。
【００１０】
特許文献１に記載の技術は、複数の発光点と集光レンズの間にリレー光学系を配置し、リレー光学系と集光レンズの間を調整することにより被走査面に対するビームウエスト位置のずれを低減ずることを特徴とする。
しかし、間隔を調整することによりビームスポット径は狙いの値とすることが可能になるが、半導体レーザアレイ（ＬＤＡ）の発光点間隔に関しては考慮されておらず、発光点間隔に対する課題は解決されていない。
【００１１】
特許文献２に記載の技術は、点光源の中間像を形成するための光学素子と点光源が一体的に交換可能に構成され、点光源に対する中間像の横倍率の絶対値が１以上であることを特徴とする光源ユニットに関するものである。
光源ユニットとそれ以降の光学系との組み付け性に関する技術であり、半導体レーザアレイ（ＬＤＡ）の発光点間隔に関しては考慮されていない。点光源と中間像の横倍率を１以上にすると点光源の光学素子に対する組付け位置精度が厳しくなる欠点を有する。
【００１２】
特許文献３に記載の技術は、ＬＤＡを傾けて配置することにより副走査対応方向の発光点間隔を狭くし、被走査媒体上の像の副走査対応方向の間隔を、狙いの間隔とすることを特徴とする。
しかし、ＬＤＡを傾けるためＬＤＡからの射出光の発散角の広い方向が副走査方向になってしまい、光量ロスが発生する。
【００１３】
特許文献４に記載の技術は、ＬＤＡからの射出光をコリメート光とし、さらに偏向器との間にアフォーカル光学系を配置することを特徴とする。
しかし、特許文献１と同様にＬＤＡの発光点間隔に関しては考慮されていない。
【００１４】
特許文献５に記載の技術は、ＬＤＡからの射出光束をコリメート部によりコリメートし、偏向器との間に偏向面内（主走査方向）で屈折力を有するシリンドリカルレンズと正の屈折力を有する球面単レンズを有する構成であることを特徴とする。
しかし、ＬＤＡは傾けて配置しており、光量ロスが発生する。
【００１５】
上記のように間隔の広いＬＤＡに関しては、ＬＤＡを傾けて発光点間隔の調整を行われているのが一般的である。
【００１６】
【特許文献１】
特開２００３−４３３９０号公報
【特許文献２】
特許第３３７３０７９号公報
【特許文献３】
特公昭６０−３３０１９号公報
【特許文献４】
特公昭６４−１０８０５号公報
【特許文献５】
特許第２７４１１９５号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、上記課題に対し、ＬＤＡを傾けることなくマルチビーム書込光学系を構成する方法を行う光源ユニット、光走査装置、画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１８】
また、複数の光束を同時に感光体上を走査させるマルチビーム光源ユニットは、走査させる光束の間隔の調整方法が複雑になるため、簡単に調整可能な方法が望まれている。本発明では、走査光束の簡単なピッチ調整方法を行う光源ユニット、光走査装置、画像形成装置の提供も目的とする。
【００１９】
特に請求項１、９に係る発明では、ＬＤＡを傾けることなく、被走査媒体上の走査光束の副走査方向の間隔を所望の間隔にすることを目的とする。
【００２０】
請求項２、１０に係る発明では、ＬＤＡが劣化した場合の光源ユニット交換を容易にすること、および、副走査方向の間隔が異なる複数の光源ユニットを用意し、画像形成装置の所望の書込密度に対応した光源ユニットを組み込むことにより、光源ユニット以外の部分を共通化することを目的とする。
【００２１】
請求項３、１１に係る発明では、ＬＤＡの発光点を副走査方向に沿って一列に配列し、被走査媒体上の各発光点の走査開始タイミングを同じにすることにより、同期検知検出回路を簡単な構成にすることを目的とする。
【００２２】
請求項４、１２に係る発明では、ＬＤＡ保持部品の加工誤差等によりＬＤＡが傾いて組み付いた場合に、正しい角度に調整できるようにすること、および、書込光学系を構成する各構成部品の加工誤差により、被走査媒体上の光束の走査間隔が所望の間隔からずれた場合に、正しい走査間隔に調整できるようにすることを目的とする。
【００２３】
請求項５、１３に係る発明では、光源ユニットを複数組み合わせることにより、被走査媒体上を光走査する光束の本数を増やし、画像形成装置の出力速度を上げることを目的とする。
【００２４】
請求項６、１４に係る発明では、偏向反射面近傍で光束が交差するように構成することにより、各光源ユニットからの射出光束の、第４結像光学系における光線の光路を同じくすることにより結像性能の劣化を防ぐことを目的とする。
【００２５】
請求項７、１５に係る発明では、走査光束の副走査方向の間隔の調整を簡単な方法で実現可能にすることを目的とする。
【００２６】
請求項８、１６に係る発明では、波長を６８０ｎｍ以下とすることにより、被走査面上におけるビームスポット径を小さくし高密度化を達成することを目的とする。
【００２７】
請求項１７に係る発明では、上記光源ユニット、または光走査装置を組み込むことにより、光利用効率に無駄のないマルチビーム書き込みが可能な画像形成装置を形成することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を解決するため、請求項１に記載の発明は、複数の発光点を有する光源と、光源からの発散光束の像を形成する第１結像光学系と、第１結像光学系からの光束をカップリングする第２結像光学系により構成される光源ユニットにおいて、光源と、第１結像光学系による光源の像の関係はその横倍率をβとするとき
｜β｜ ＜ １
であることを特徴とする。
【００２９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光源ユニットにおいて、光源、第１結像光学系および第２結像光学系は一体的に構成されていることを特徴とする。
【００３０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光源ユニットにおいて、一つの光源の複数の発光点は偏向走査平面と直交する平面内に於いて、略直線状に配列されていることを特徴とする。
【００３１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光源ユニットにおいて、光源は複数の発光点からの射出光束の光軸に対し略平行な軸を回転軸として回転可能なことを特徴とする。
【００３２】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の光源ユニットにおいて、光源、第１結像光学系および第２結像光学系から構成される光源ユニットを、複数組み合わせて構成されることを特徴とする。
【００３３】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の光源ユニットにおいて、主走査平面に投影したときに、各光源ユニットからの光束が偏向器の偏向反射面近傍で、交差するように構成されていることを特徴とする。
【００３４】
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の光源ユニットにおいて、各光源ユニットは一体的に構成され、各光源ユニットの射出光軸の中心線に対し略平行な軸を回転軸として回転可能なことを特徴とする。
【００３５】
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の光源ユニットにおいて、光源の波長は６８０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００３６】
請求項９に記載の発明は、複数の発光点を有する光源と、光源からの発散光束の像を形成する第１結像光学系と、第１結像光学系からの光束をカップリングする第２結像光学系により構成される光源ユニットがあって、第２結像光学系を介し偏向器へ導光し、第２結像光学系と偏向器との間に配置され、偏向器の偏向反射面近傍に線像を形成する第３結像光学系と、偏向器により偏向された光束を被走査面上に光スポットとして結像する第４結像光学系から構成される光走査装置において、光源と、第１結像光学系による光源の像の関係はその横倍率をβとするとき
｜β｜ ＜ １
であることを特徴とする。
【００３７】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の光走査装置において、光源、第１結像光学系および第２結像光学系は一体的に構成されていることを特徴とする。
【００３８】
請求項１１に記載の発明は、請求項９に記載の光走査装置において、一つの光源の複数の発光点は偏向走査平面と直交する平面内に於いて、略直線状に配列されていることを特徴とする。
【００３９】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の光走査装置において、光源は複数の発光点からの射出光束の光軸に対し略平行な軸を回転軸として回転可能なことを特徴とする。
【００４０】
請求項１３に記載の発明は、請求項９に記載の光走査装置において、光源、第１結像光学系および第２結像光学系から構成される光源ユニットを、複数組み合わせて構成されることを特徴とする。
【００４１】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の光走査装置において、主走査平面に投影したときに、各光源ユニットからの光束が偏向器の偏向反射面近傍で、交差するように構成されていることを特徴とする。
【００４２】
請求項１５に記載の発明は、請求項１３または１４に記載の光走査装置において、各光源ユニットは一体的に構成され、各光源ユニットの射出光軸の中心線に対し略平行な軸を回転軸として回転可能なことを特徴とする。
【００４３】
請求項１６に記載の発明は、請求項９に記載の光走査装置において、光源の波長は６８０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００４４】
請求項１７に記載の発明は、請求項１から８の何れか１項に記載の光源ユニットまたは請求項９から１６の何れか１項に記載の光走査装置を搭載した画像形成装置であることを特徴とする。
【００４５】
＜作用＞
本発明は、複数の光束により被走査媒体上を光走査するマルチビーム書込光学系に関する。このことより、１つの発光点からの光束により被走査媒体上を光走査する場合に比べ、偏向器の回転速度を下げる事ができる。これにより、偏向器による消費電力を低減できる。また、発熱量も下げることができる。
【００４６】
請求項１、９に係る発明によれば、ＬＤＡを傾けることなく、被走査媒体上の走査光束の副走査方向の間隔を所望の間隔にすることにより、光利用効率の劣化を防ぐことが出来、露光エネルギーを無駄なく有効活用できるようになる。
また、横倍率を１以下とすることにより、光源の光軸方向の位置ずれが発生しても変動量が縮小されるため、組み付け精度を緩くする事が可能となり、組み付け性の向上を図ることができる。
さらに、横倍率を１以下とすることにより縮小光学系を構成するため、ＬＤＡの発光光束の垂直方向と水平方向の非点格差による被走査面上での結像性能への影響を小さくすることができる。
【００４７】
請求項２、１０に係る発明によれば、光源ユニットを一体化することにより、ＬＤＡが劣化した場合の光源ユニット交換を容易にすることができる。
また、副走査方向の間隔が異なる複数の光源ユニットを用意することにより、画像形成装置の所望の書込密度に対応した光源ユニットを選択的に組み込むことができるようになる。光源ユニット以外の部分の共通化が可能になる。
【００４８】
請求項３、１１に係る発明によれば、ＬＤＡの発光点を副走査方向に沿って一列に配列し、被走査媒体上の各発光点の走査開始タイミングを同じにすることにより、ひとつの発光点の光束を用いるだけで同期検知信号を得ることができ、同期検知検出回路を簡単な構成にすることができる。
【００４９】
請求項４、１２に係る発明によれば、ＬＤＡを射出光軸と平行な軸の周りに回転可能とすることにより、ＬＤＡ保持部品の加工誤差等によりＬＤＡが傾いて組み付いた場合に、正しい角度に調整できるようになる。
また、書込光学系を構成する各構成部品の加工誤差により、被走査媒体上の光束の走査間隔が所望の間隔からずれた場合に、正しい走査間隔に調整できるようなる。
【００５０】
請求項５、１３に係る発明によれば、光源ユニットを複数組み合わせることにより、被走査媒体上を光走査する光束の本数を増やし、画像形成装置の出力速度を上げることができるようになる。
【００５１】
請求項６、１４に係る発明によれば、偏向反射面近傍で光束が交差するように構成することにより、各光源ユニットからの射出光束の、走査光学系である第４結像光学系における光線の光路を同じくすることにより、被走査面上の走査光束の結像性能（像面湾曲、倍率誤差、等）の劣化を防ぐことができる。
【００５２】
請求項７、１５に係る発明によれば、走査光束の副走査方向の間隔の調整を、簡単な方法で行えるようになる。
【００５３】
請求項８、１６に係る発明によれば、波長を６８０ｎｍ以下とすることにより、例えば７８０ｎｍのＬＤＡに対し、同一の光走査光学系（第４結像光学系）を使用してマルチビーム光走査装置を構成した場合、被走査面上におけるビームスポット径を約１５％以上小さくすることができ、書込密度の高密度化を容易に達成することが可能になる。
【００５４】
請求項１７に係る発明によれば、本発明の光源ユニット、または光走査装置を組み込むことにより、光利用効率に無駄のないマルチビーム書き込みが可能な画像形成装置を形成することができる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、本実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明の実施形態は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００５６】
＜構成・動作＞
図１は本実施形態に関わるマルチビーム光走査光学系の全体構成の一例を示す図である。半導体レーザアレイ（ＬＤＡ）からなる光源１からの発散光束を集光し、光源１の発光点の像を形成する集光レンズ２（第１結像光学系）、１度収束し像を形成した後再び発散する光束をカップリングするカップリングレンズ３（第２結像光学系）、光束幅を規制する開口絞り４は、光源ユニットＡとして一体的に構成される。光源ユニットＡから出射した光束は、線像結像光学系であるシリンドリカルレンズ５（第３結像光学系）により偏向器６（ポリゴンスキャナ）の偏向反射面６Ａ近傍に主走査方向に長い線状に集光される。
【００５７】
偏向器６は回転軸６Ｂを軸として等角速度で回転しており、入射光束を等角速度的に偏向する。偏向器６と被走査媒体９との間に、第４結像光学系７（走査光学系：図中では２枚レンズ構成であるが、枚数は問わず、また反射光学系で構成しても、組み合わせて構成しても良い）を配置し、光束８は被走査媒体９上に光スポット１０を形成する。光スポット１０は偏向器６の回転（図中矢印方向）によって被走査媒体９上を、図中矢印方向へ光走査する。
【００５８】
同期検知光学系１００は、偏向器６により偏向された光束を、ミラー１０３と同期検知用結像素子１０２を経た後、フォトダイオード等により構成される同期検知センサー１０１に偏向光束を導く。そして光束が同期検知センサー１０１上を通過する際に同期信号を発し、同期回路（図示せず）により演算処理され、書込開始信号をあるタイミングの後発信する。ここで言う「あるタイミング」とは、同期検知センサー１０１の検知位置から書込開始位置に光束が至るまでの時間である。同期検知用結像素子１０２は、副走査方向にのみパワー（屈折力）を持つレンズ、主走査方向にのみパワーを持つレンズ、主副両方向にパワーを持つレンズのいずれでも良い。また、同期検知用結像素子１０２として、レンズの代わりに、パワーを持つ曲面ミラー等を用いても良い。また、同期検知用結像素子１０２を用いず、ミラー１０３に上述のようなパワーを持たせて同期検知センサー１０１に直接導くようにして、同期検知光学系１００を構成しても良い。
【００５９】
図２は本実施形態を説明するための副走査方向の模式図である。
光源１から射出した光束は集光レンズ２により中間像ＩＴを形成する。このとき光源１と中間像ＩＴの間の結像横倍率βは
β＝−Ｌ２／Ｌ１
となる。その際、
｜β｜ ＜ １
となるように構成する。
【００６０】
光源１であるＬＤＡの発光点の配列方向は、副走査方向（偏向走査平面と直交する方向）と略平行になるように配置する。
【００６１】
このように配置することにより、先述したように、光源から射出した光束を効率よく被走査媒体９へ伝達することが可能になる。
【００６２】
中間像ＩＴでの副走査方向の光束間隔ＰＩＴは、光源１であるＬＤＡの発光点間隔Ｐｏｓが上記の横倍率の関係により、以下のように変換される。
ＰＩＴ＝Ｐｏｓ×−β
【００６３】
カップリングレンズ３の焦点距離をＦｃｏ、シリンドリカルレンズ５の焦点距離をＦｃｙとすると、両光学素子間の副走査方向の横倍率β１は
β１＝−Ｆｃｙ／Ｆｃｏ
となる。
【００６４】
第４結像光学系の副走査方向の横倍率β２とすると、中間像ＩＴ以降の光学系の横倍率β０は、下式で求められる。
β０＝β１×β２
【００６５】
よって、中間像ＩＴにおける光束の副走査方向の間隔ＰＩＴと被走査媒体上での副走査方向走査間隔Ｐｉは、同様に
Ｐｉ＝ＰＩＴ×−β０＝Ｐｏｓ×−β×β１×β２
となる。
【００６６】
光源１であるＬＤＡとして、６８０ｎｍ以下のいわゆる赤色ＬＤや青色ＬＤを用いる場合、先述したように、ドループ特性の劣化を抑えるため発光点間隔を８０μｍ以上とる必要がある。
【００６７】
光走査装置における偏向器以前の光学系の、副走査方向の横倍率β１の絶対値は、一般的に２以上となる。また、偏向器以降の光学系の、副走査方向の横倍率β２の絶対値は、一般的に０．５〜４程度であり、光学系全系の横倍率β０の絶対値は、１〜８以上となる。
【００６８】
しかし、被走査媒体９上の副走査方向走査間隔Ｐｉは６００ｄｐｉの場合４２．３μｍ、１２００ｄｐｉの場合２１．２μｍとなり、発光点間隔Ｐｏｓより狭くする必要がある。
【００６９】
従来は、ＬＤＡを傾けることにより光源１の発光点の副走査方向間隔を狭め、被走査媒体９上の走査間隔Ｐｉを狙いの間隔にしていたが、光量の利用効率が悪くなるという問題を持っているため、本実施形態では集光レンズ２により中間像ＩＴを作り、この中間像ＩＴを光源１の発光点間隔Ｐｏｓを縮小した像とし、その像を新たな光源とすることにより、光源１であるＬＤＡを傾けることなく被走査媒体９上の走査間隔Ｐｉを狙いの間隔にでき、書込光学系を構成することができる。
【００７０】
つまり、
｜β｜ ＜ １
とすることにより、上記課題を解決することができる。
【００７１】
以上よりＬＤＡを傾けることなくマルチビーム書込光学系を構成する事が可能になり、ＬＤＡから射出した光束を効率良く使用することが可能になる。
【００７２】
ここで、ＬＤＡの発光点間隔Ｐｏｓが８０μｍとした場合の実施例を以下に示す。
【００７３】
［実施例１］
副走査６００ｄｐｉ書き込みの場合
Ｐｉ ＝ ４２．３（μｍ）
であり、これを満足するように光学系の各構成パラメータを下記のように設定する。
Ｐｏｓ ＝ ８０（μｍ）
β ＝ −０．２、Ｆｃｏ ＝ ３０（ｍｍ）、Ｆｃｙ ＝ ６０（ｍｍ）、β２ ＝ −１．３２
【００７４】
以上より、それぞれの横倍率は
β１ ＝ −Ｆｃｙ／Ｆｃｏ ＝ −２
β０ ＝ β１×β２ ＝ ２．６４
となり、光学系全系の横倍率β全は
β全 ＝ β×β０ ＝ −０．５２９
【００７５】
よって、以下のように発光点間隔Ｐｏｓを被走査面上に於いて狙いの走査間隔Ｐｉとすることができる。
Ｐｉ ＝ Ｐｏｓ×｜β全｜ ＝ ８０ （μｍ）× ０．５２９ ＝ ４２．３（μｍ）
【００７６】
［実施例２］
上記書込光学系を用いて副走査１２００ｄｐｉ書き込みを行う場合
Ｐｉ ＝ ２１．２（μｍ）
であり、これを満足するようにβを以下のように設定する。
β ＝ −０．１
【００７７】
光学系全系の横倍率β全は
β全 ＝ β×β０ ＝ −０．２６４
となり、以下のように発光点間隔Ｐｏｓを被走査面上に於いて狙いの走査間隔Ｐｉとすることができる。
Ｐｉ ＝ Ｐｏｓ×｜β全｜ ＝ ８０ （μｍ）× ０．２６４ ＝ ２１．２（μｍ）
【００７８】
［実施例３］
副走査６００ｄｐｉ書き込みの場合の別の例を示す。
光学系の各構成パラメータを下記のように設定する。
Ｐｏｓ＝ ８０（μｍ）
β ＝ −０．４、Ｆｃｏ ＝ ３０（ｍｍ）、Ｆｃｙ ＝ ６０（ｍｍ）、β２ ＝ −０．６６
【００７９】
以上より、それぞれの横倍率は
β１ ＝ −Ｆｃｙ／Ｆｃｏ ＝ −２
β０ ＝ β１×β２ ＝ １．３２
となり、光学系全系の横倍率β全は
β全 ＝ β×β０ ＝ −０．５２９
【００８０】
よって、以下のように発光点間隔Ｐｏｓを被走査面上に於いて狙いの走査間隔Ｐｉとすることができる。
Ｐｉ ＝ Ｐｏｓ×｜β全｜ ＝ ８０ （μｍ）× ０．５２９ ＝ ４２．３（μｍ）
【００８１】
従来、光源とカップリングレンズの位置関係を調整することによりカップリングレンズから射出する光束を平行光束、発散光束、収束光束いずれかに調整していた。本実施形態に於いても、この調整は必要で、中間像ＩＴとカップリングレンズ３の位置関係を調整する必要がある。調整の際に光源１と中間像ＩＴの倍率関係を維持する必要があるため、光源１と集光レンズ２及び開口絞り４を、光源ユニットＡとして一体的に構成する。この際、開口絞り４は別体であってもかまわない。
【００８２】
被走査媒体９上の走査間隔Ｐｉは各光学素子の加工精度及び組み付け誤差により狙いの間隔にならず、一般的にずれてしまう。
【００８３】
この問題を解決するために本実施形態では、図３に示すように光源１であるＬＤＡを各射出光束の光軸と平行な軸（図中Ｃ）を回転軸とし回転調整を行う事を提案する。図３は光源１であるＬＤＡの発光点が一列に並んでいる状態を模式的に示した図で、紙面と垂直な方向に光は射出するものとする。図の例は発光点が４個の例であるが、発光点の数に制限はない。この際、各発光点の射出光束の光軸と平行な軸（図中Ｃ）を回転軸とし回転調整することにより、光源１の副走査方向の間隔を調整する。発光点間隔Ｐｏｓは、回転軸Ｃを中心としてθ回転させる事により、光源１の副走査方向の間隔は Ｐｏｓ×ｃｏｓθ となる。これにより、被走査媒体９上の走査間隔Ｐｉを調整する。この方法により、走査光束の走査間隔Ｐｉを簡単に調整可能になる。
【００８４】
次に、光源ユニットＡを複数個組合せ光学系を構成する場合を説明する。複数個組み合わせることにより、被走査媒体９上を走査する光束の数を増やすことができる。このことにより、本書込光学系を搭載する画像形成装置の出力速度の向上を図ることができる。また、逆に出力速度を変えない場合は、偏向器の回転速度の低減を図ることができ、消費電力の低減、発熱量の低減、等環境に対し配慮した書込光学系を構成することが可能になる。
【００８５】
図４に光源ユニットＡを２個組合せた場合の例を示す。偏向器６以降の光学系は省略している。
【００８６】
図４に示すように、光源ユニットＡ、Ｂからの射出光束が偏向器６の偏向反射面６Ａ近傍で交差するように構成する。光源ユニットＡから射出した光束に対し、光源ユニットＢから射出した光束は、それぞれの光源ユニットの光軸の成す角φの半分の角度（φ／２）偏向器６をずらした状態で偏向するように構成することにより、偏向反射面６Ａにより反射したそれぞれの光源ユニットから射出した光束は、それ以降の光学系の同じところを通過するように構成することができる。このように、主走査平面上に投影したときに、各光源ユニットからの射出光束が偏向器の偏向反射面６Ａ近傍で交差するように配置構成する事により、上記を達成できる。
【００８７】
各々の光源ユニットの射出光軸の中心線に対し略平行な軸（図４の例においてはＪ、Ｋ）を回転軸として回転調整することにより、上述の光源１の射出光軸と平行な軸を回転軸とし回転調整する場合と同様に、被走査媒体９上の副走査方向の走査間隔Ｐｉを調整することが可能になる。このような調整方法を採ることにより、走査光束の走査間隔Ｐｉを簡単に調整可能になる。
【００８８】
近年、高密度化達成のためにＬＤ発振波長の短波長化が成されてきている。（被走査面上のビームスポット径は光源の波長に比例するため）従来、一般的に波長７８０ｎｍのＬＤが広く使われてきたが、上記目的のため波長６８０ｎｍ以下のＬＤが使われ始めている。例えば、６８０ｎｍ／７８０ｎｍ＝０．８７であり、１３％の小径化が可能になる。
【００８９】
ＬＤの発振波長の短波長化（６８０ｎｍ以下）を実現するためには、ＬＤその物を構成する材質を波長７８０ｎｍ用のＬＤとは異なる材質で構成する必要がある。波長７８０ｎｍ用ＬＤの構成材質は一般にＡｌＧａＡｓから構成されるが、波長６８０ｎｍ以下用は構成材質が異なり、ドループ特性の劣化を引き起こしやすい。特に半導体レーザアレイの場合は、その構造上発光点同士が近接するため、互いの発熱の影響によりドループ特性が劣化しやすく、発光点同士の間隔を狭めることが困難である。
【００９０】
しかし、本実施形態の構成にすることにより、第１結像光学系による光源の像の間隔を狭くすることができ、発光点間隔が広いままでも光学系を構成することが可能になり、上記課題を効果的に解決することが可能になる。よって、ビームスポット径の小径化が可能になり高密度化を達成できる。
【００９１】
図５は本実施形態の走査光学系が搭載される画像形成装置３０を説明する図である。
【００９２】
原稿３１はコンタクトガラス３２上に置かれ、ランプ３３で照らされ、照射された原稿による画像はミラーでスキャナレンズブロック３４へ導かれ、ＣＣＤにより画像データとして処理され、画像データ３５は本実施形態のマルチビーム光書込光学装置３６にデータ転送され、画像信号に基づきＬＤはＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、感光体ドラム２０上を光スポットが走査する。帯電器４０により帯電された感光体上を光走査し静電潜像を形成し、現像器３７によりトナー像として現像され、給紙トレイ３８から紙が給紙ローラー３９により感光体へ導かれ、転写ローラー４５により転写され、定着器４１により定着され、排紙ローラー４４により排紙トレイ４２に排出される。感光体２０は除電・クリーナー４３により除電およびクリーニングがなされ、再び帯電からの工程を繰り返す。
【００９３】
さらに本実施形態の画像形成装置と電子演算装置（コンピュータ等）、画像情報通信システム（ファクシミリ等）等とをネットワークを介し接続することにより、１台の画像形成装置で複数の機器からの出力を処理することができる情報処理システムを形成することができる。
【００９４】
また、ネットワーク上に複数の画像形成装置を接続すれば、各出力要求から各画像形成装置の状態（ジョブの混み具合、電源が入っているかどうか、故障しているかどうか等）を知ることができ、一番状態の良い（使用者の希望に一番適した）画像出力装置を選択し、出力を行うことができるようになる。
【００９５】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明は、複数の光束により被走査媒体上を光走査するマルチビーム書込光学系に関する。このことより、１つの発光点からの光束により被走査媒体上を光走査する場合に比べ、偏向器の回転速度を下げる事ができる。これにより、偏向器による消費電力を低減できる。また、発熱量も下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に関わるマルチビーム光走査光学系の全体構成の一例を示す図である。
【図２】本実施形態を説明するための副走査方向の模式図である。
【図３】光源１であるＬＤＡの発光点が一列に並んでいる状態を模式的に示した図である。
【図４】光源ユニットＡを２個組合せた場合の例を示す図である。
【図５】本実施形態の走査光学系が搭載される画像形成装置を説明する図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 集光レンズ（第１結像光学系）
３ カップリングレンズ（第２結像光学系）
４ 開口絞り
Ａ 光源ユニット
５ シリンドリカルレンズ（第３結像光学系）
６ 偏光器
６Ａ 偏光反射面
６Ｂ 回転軸
７ 第４結像光学系
８ 光束
９ 被走査媒体
１０ 光スポット
１００ 同期検知光学系
１０１ 同期検知センサー
１０２ 同期検知用結像素子
１０３ ミラー
Claims (17)
- 複数の発光点を有する光源と、光源からの発散光束の像を形成する第１結像光学系と、第１結像光学系からの光束をカップリングする第２結像光学系により構成される光源ユニットにおいて、
光源と、第１結像光学系による光源の像の関係はその横倍率をβとするとき
｜β｜ ＜ １
であることを特徴とする光源ユニット。 - 光源、第１結像光学系および第２結像光学系は一体的に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
- 一つの光源の複数の発光点は偏向走査平面と直交する平面内に於いて、略直線状に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
- 光源は複数の発光点からの射出光束の光軸に対し略平行な軸を回転軸として回転可能なことを特徴とする請求項３に記載の光源ユニット。
- 光源、第１結像光学系および第２結像光学系から構成される光源ユニットを、複数組み合わせて構成されることを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
- 主走査平面に投影したときに、各光源ユニットからの光束が偏向器の偏向反射面近傍で、交差するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の光源ユニット。
- 各光源ユニットは一体的に構成され、各光源ユニットの射出光軸の中心線に対し略平行な軸を回転軸として回転可能なことを特徴とする請求項５または６に記載の光源ユニット。
- 光源の波長は６８０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
- 複数の発光点を有する光源と、光源からの発散光束の像を形成する第１結像光学系と、第１結像光学系からの光束をカップリングする第２結像光学系により構成される光源ユニットがあって、第２結像光学系を介し偏向器へ導光し、第２結像光学系と偏向器との間に配置され、偏向器の偏向反射面近傍に線像を形成する第３結像光学系と、偏向器により偏向された光束を被走査面上に光スポットとして結像する第４結像光学系から構成される光走査装置において、
光源と、第１結像光学系による光源の像の関係はその横倍率をβとするとき
｜β｜ ＜ １
であることを特徴とする光走査装置。 - 光源、第１結像光学系および第２結像光学系は一体的に構成されていることを特徴とする請求項９に記載の光走査装置。
- 一つの光源の複数の発光点は偏向走査平面と直交する平面内に於いて、略直線状に配列されていることを特徴とする請求項９に記載の光走査装置。
- 光源は複数の発光点からの射出光束の光軸に対し略平行な軸を回転軸として回転可能なことを特徴とする請求項１１に記載の光走査装置。
- 光源、第１結像光学系および第２結像光学系から構成される光源ユニットを、複数組み合わせて構成されることを特徴とする請求項９に記載の光走査装置。
- 主走査平面に投影したときに、各光源ユニットからの光束が偏向器の偏向反射面近傍で、交差するように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の光走査装置。
- 各光源ユニットは一体的に構成され、各光源ユニットの射出光軸の中心線に対し略平行な軸を回転軸として回転可能なことを特徴とする請求項１３または１４に記載の光走査装置。
- 光源の波長は６８０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の光走査装置。
- 請求項１から８の何れか１項に記載の光源ユニットまたは請求項９から１６の何れか１項に記載の光走査装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003198679A JP2005037555A (ja) | 2003-07-17 | 2003-07-17 | 光源ユニット、光走査装置、画像形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003198679A JP2005037555A (ja) | 2003-07-17 | 2003-07-17 | 光源ユニット、光走査装置、画像形成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005037555A true JP2005037555A (ja) | 2005-02-10 |
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ID=34208391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003198679A Pending JP2005037555A (ja) | 2003-07-17 | 2003-07-17 | 光源ユニット、光走査装置、画像形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005037555A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006251688A (ja) * | 2005-03-14 | 2006-09-21 | Ricoh Co Ltd | 光走査装置・画像形成装置 |
| JP2009080457A (ja) * | 2007-09-04 | 2009-04-16 | Ricoh Co Ltd | 光走査装置、調整方法及び画像形成装置 |
-
2003
- 2003-07-17 JP JP2003198679A patent/JP2005037555A/ja active Pending
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